11月27日上午，由北京大学集成电路学院、集成电路学院高精尖创新中心、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、IEEE EDS Peking University Chapter联合主办的“未名·芯”论坛系列讲座第五十二期在微纳电子大厦103报告厅成功举办。本期由中国科学院半导体研究所骆军委研究员带来题为“后摩尔硅器件半导体前沿物理”的精彩讲座，北京大学集成电路学院黄芊芊教授主持论坛。

报告中，骆老师以摩尔定律作为切入，强调这一经验定律的延续依赖半导体物理的不断突破。在当前摩尔定律即将失效的背景下，进入“后摩尔时代”的半导体技术急需发展突破CMOS器件性能瓶颈的新材料、新结构和新器件，面临众多基本物理问题挑战，也依然需要半导体物理理论的创新。据此，骆老师详细介绍了在突破硅晶体管物理瓶颈方面的一系列理论研究进展，涵盖根据费米钉扎效应机制的新解释提出解决接触电阻瓶颈新方案、迁移率退化问题及理论解释、可克服High-k电介质材料和铁电晶体管瓶颈的光学声子软化新理论、硅基量子比特材料理论设计等几个方面。

骆老师首先指出，受限于接触界面费米钉扎效应的接触电阻与载流子迁移率退化这两方面问题正成为先进节点下的关键瓶颈，为此，应当对费米钉扎效应和迁移率这两个半导体物理中的概念进行更加深入的研究。对于费米钉扎效应，骆老师介绍，具体到硅、锗这两种被广泛研究的半导体材料而言，理论计算表明，除广泛认同的金属诱导能隙态外，界面处断键产生的界面态也对费米钉扎效应具有相当的贡献，硅具有p (2x2)型重构的界面而锗具有非重构的理想c (1x1)型的界面，p (2x2)型界面可自发产生钝化减少带隙中的界面态密度，因而相对c (1x1)型非重构界面具有更弱的费米钉扎效应，有利于接触电阻的降低，为此提出界面钝化方法来达到国际路线图所需的低接触电阻。对于载流子迁移率，骆老师介绍了一种新的机理解释，指出在极薄的材料中，根据理论计算结果，迁移率退化实际上主要来自电-声散射速率与界面粗糙度散射速率随沟道材料厚度减薄显著提升。基于以上这些认识，骆老师总结了用锗材料代替硅材料这一路径目前仍存在的三个关键问题：一是界面缺陷态导致沟道迁移率低，二是费米钉扎效应导致难以实现欧姆接触，三是难以实现高浓度电子掺杂导致无法制备n型的锗晶体管。

骆老师紧接着强调，high-k材料也是突破CMOS器件性能瓶颈的关键，但目前许多high-k介质的应用都受制于介电常数与禁带宽度的反相关性。骆老师团队经研究发现，rs-BeO原子间短程力的减小可以在不依靠强库仑作用的情况下实现光学声子的软化，使得rs-BeO在具有极高介电常数（271 ε0）的同时保持较宽带隙（10.6 eV）。相似原理还可以用于解释ZrO₂、HfO₂超薄铁电薄膜的反常尺寸效应：原子间短程力减小导致光学声子的软化，可避免由强库仑作用引起的界面退极化，使铁电薄膜在2~3 nm的厚度下维持铁电性。这一发现为实现超高密度铁电存储提供了新的思路。

最后，骆老师还分享了团队在硅基/锗基量子计算方面的工作。他们通过迭代算法设计出能谷劈裂达8.7 meV的硅锗超晶格结构，通过增大硅量子点谷能级劈裂的大小，进一步提高了硅电子自旋量子比特的退相干时间与弛豫时间；另外，还证明了一维量子线和二维量子阱中的空穴存在新型线性Rashba效应，为锗空穴量子比特的快速操控提供了理论支持。

骆军委老师的报告内容丰富，涉及到后摩尔硅器件半导体物理多个领域的技术。讲座结束后，骆老师就沟道载流子的散射机制、氧化锆铁电材料的反常尺寸效应、物理模型的建立方法等问题与听众进行广泛交流，为在场师生带来了深刻的启发。

个人简介：

骆军委，担任半导体芯片物理与技术重点实验室主任，2007-2014年在美国可再生能源国家实验室先后任职博士后、Scientist和Senior Scientist，2014年入选国家海外高层次人才青年项目，2019年获得国家杰出青年科学基金，2021年获中科院首批稳定支持青年团队资助。已发表论文120余篇，包括以第一或通讯作者发表在Nature(1)、Nature Physics(1)、Nature Nanotechnology (1)、PRL(7)、Nature Communications(3)、Science Advances(1)、PNAS(1)等。担任32届半导体缺陷国际会议和22届多元化合物国际会议共同主席。担任国家重点研发计划“物态调控”专项总体专家组成员和基金委十四五物理学科战略规划秘书组成员。