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　　光明日報北京3月16日電（記者鄧暉）

電晶體是晶片的核心元器件。更小的柵極尺寸可以使得晶片上整合更多的電晶體，並帶來效能的提升。

近日，清華大學積體電路學院任天令教授團隊在小尺寸電晶體研究方面取得重要進展，首次實現了具有亞1奈米柵極長度的電晶體，並具有良好的電學效能。相關成果以《具有亞1奈米柵極長度的垂直硫化鉬電晶體》為題，於近日線上發表在國際頂級學術期刊《自然》上。

英特爾公司創始人之一戈登·摩爾在1965年提出：“積體電路晶片上可容納的電晶體數目，每隔18至24個月便會增加一倍，微處理器的效能提高一倍，或價格下降一半。”這在積體電路領域被稱為“摩爾定律”。

過去幾十年，電晶體的柵極尺寸在“摩爾定律”的推動下不斷微縮。然而近年來，隨著電晶體的物理尺寸進入奈米尺度，電子遷移率降低、漏電流增大、靜態功耗增大等短溝道效應越來越嚴重，這使得新結構和新材料的開發迫在眉睫。根據資訊資源詞典系統報道，目前主流工業界電晶體的柵極尺寸在12奈米以上，如何促進電晶體關鍵尺寸的進一步微縮，引起了業界研究人員的廣泛關注。

學術界在極短柵長電晶體方面做出了探索。2012年，日本產業技術綜合研究所報道了基於絕緣襯底上矽實現V形的平面無結型矽基電晶體，等效的物理柵長僅為3奈米。2016年，美國勞倫斯伯克利國家實驗室和斯坦福大學在《科學》期刊報道了基於金屬性碳奈米管材料，實現了物理柵長為1奈米的平面硫化鉬電晶體。

為進一步突破1奈米以下柵長電晶體的瓶頸，任天令研究團隊利用石墨烯薄膜超薄的單原子層厚度和優異的導電效能作為柵極，透過石墨烯側向電場來控制垂直的MoS2溝道的開關，從而實現等效的物理柵長為0。34奈米。團隊透過在石墨烯表面沉積金屬鋁並自然氧化的方式，完成了對石墨烯垂直方向電場的遮蔽，再使用原子層沉積的二氧化鉿作為柵極介質、化學氣相沉積的單層二維二硫化鉬薄膜作為溝道。

這項工作推動了“摩爾定律”進一步發展到亞1奈米級別，同時為二維薄膜在未來積體電路的應用提供了參考依據。

《光明日報》（ 2022年03月17日 08版）