3月30日上午10时，由北京大学集成电路学院、集成电路高精尖创新中心、北京大学国家集成电路产教融合创新平台、集成电路科学与未来技术北京实验室、后摩尔时代微纳电子学科创新引智基地、北京大学校友会半导体分会联合主办的“未名·芯”论坛系列讲座第十五期在线上线下成功同步举办。本期邀请到北京大学化学与分子工程学院副院长彭海琳教授为大家带来主题为“二维半导体材料及其鳍式晶体管”的报告。讲座由集成电路学院集成微纳电子系主任黎明研究员主持，线上线下共计230余人参加。

活动现场

彭海琳教授就二维Bi2O2Se材料制备、精细结构和器件的构筑、界面调控以及器件应用等方面展开本次讲座。他谈到随着芯片技术节点推进，后摩尔时代对新材料、新架构和新器件原理的要求不断提高。二维半导体材料具有原子级厚度和高迁移率的显著优势，有望成为未来先进节点的沟道材料选择。新型二维材料Bi2O2Se因其超高迁移率、合适带隙、高稳定性、高k自然氧化层的特性而备受关注。彭海琳教授介绍从Bi2O2Se材料的单晶晶圆制备到高质量外延氧化物介质和二维FinFET器件制备的系统性成果。

当前，二维材料单晶晶圆的可控制备是新材料进入行业发展的重要基础。彭教授就该工作阐述了相关策略，他研究发现在外延基底SrTiO3上可制备出高质量Bi2O2Se外延单晶薄膜，从而实现晶圆级超薄Bi2O2Se/SrTiO3异质结的均匀可控制备。

彭海琳教授

接着，彭教授阐述了团队在二维Bi2O2Se/高介电常数自氧化物Bi2SeO5外延异质集成方面的相关工作。团队提出了紫外臭氧插层氧化制备亚0.5nm等效电学厚度超薄单晶高k介质的方法，并采用CVT方法制备出大面积、原子级平整的单晶Bi2SeO5栅介质薄片，材料稳定性好，兼具高介电常数与高击穿场强，有效解决了二维半导体材料高介电常数栅介质制备的瓶颈问题。

随后，彭教授介绍了基于Bi2O2Se/Bi2SeO5异质集成架构的高性能二维鳍式场效应晶体管（2D FinFET）的最新成果。团队研究发展了普适性的二维Bi2O2Se调控生长方法，利用晶格外延和界面调控，实现了自支撑的二维Bi2O2Se垂直鳍片与LaAlO3 、MgO等基底的精准合成和单一取向阵列的定点、高密度生长。其二维Bi2O2Se鳍片最薄可至一个单胞厚度，约1.2nm，并与高介电常数自氧化物Bi2SeO5形成具有原子级平整界面的异质结构。在此基础上，团队首次实现了超薄高k栅介质外延集成型高性能2D FinFET的研制，具有高达270 cm2/Vs的电子迁移率、极低的关态电流（1 pA/μm）和高开关比（108），相同栅长条件下电学性能与传统Si、Ge FinFET晶体管相比具有竞争力。

报告的最后，彭教授后摩尔时代集成电路技术发展趋势进行了展望，希望能将二维材料与先进集成工艺和集成架构相结合，为我国在集成电路的应用基础研究方面做出贡献。

提问环节，线上线下观众积极踊跃提问，就二维Bi2SeO5的材料特性、器件制备工艺、p型掺杂挑战和新器件应用等方面进行提问，彭海琳教授逐一解答。

个人简介：

北京大学博雅特聘教授。吉林大学学士（2000年）、北京大学博士（2005年），斯坦福大学博士后（2005~2009年），2009年到北京大学工作至今，主要从事二维材料物理化学研究，在高迁移率二维材料的精准合成、界面调控等方面取得进展，已发表论文250余篇（含Science和Nature及子刊30余篇），连续入选“科睿唯安”和“爱思唯尔”高被引学者榜单，撰写中文专著两部，授权专利60余项。曾获国家杰青、万人计划领军人才、Small Young Innovator Award、MRS Singapore ICON-2DMAT Young Scientist Award、茅以升北京青年科技奖、国家自然科学二等奖、教育部青年科学奖、科学探索奖等荣誉。现任北京大学化学与分子工程学院副院长、北京石墨烯研究院（BGI）副院长。

技术文字：王清