阿卜杜拉国王科技大学制造出世界上第一款功能性2D芯片

阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）首次展示的集成了具有奇异性质的原子级薄二维材料的功能性微芯片预示着微电子学的新时代，这一突破证明了二维材料在扩大基于微芯片技术的功能和性能方面的潜力。

自从2004年科学家首次制造出原子级石墨薄层 - 石墨烯以来，由于其奇特和有前途的物理特性，人们对这种材料的先进和新型应用产生了强烈的兴趣。但是，尽管经过二十年的研究，基于这些二维材料的功能性微器件已被证明是难以实现的，因为在制造和处理这种脆弱的薄膜方面存在挑战。

受Lanza实验室最近在功能性二维薄膜方面取得的成就的启发，KAUST领导的合作现在已经生产并展示了一个基于二维的微芯片原型。

"我们的动机是通过使用传统的硅基CMOS微电路作为基础和标准的半导体制造技术，提高基于二维材料的电子设备和电路的技术准备水平，"Lanza说。"然而，挑战在于合成的二维材料可能包含局部缺陷，如原子杂质，会导致小器件失效。而且，要把二维材料集成到微芯片中而不损坏它是非常困难的。"

研究小组优化了芯片的设计，使其更容易制造并将缺陷的影响降到最低。他们通过在芯片的一侧制造标准的互补金属氧化物半导体（CMOS）晶体管，并将互连线输送到底部，在那里，2D材料可以在直径小于0.25微米的小垫子中可靠地转移。

"我们生产了二维材料--铜箔上的六方氮化硼，或称h-BN--并使用低温湿法将其转移到微芯片上，然后我们通过传统的真空蒸发和光刻技术在上面形成电极，这些都是我们内部拥有的工艺，"Lanza说。"通过这种方式，我们生产了一个5×5的单晶体管/单记忆体单元阵列，以横条矩阵连接。

二维h-BN的奇特特性在于它只有18个原子或6个纳米的厚度，使它成为一个理想的"记忆体"- 一个电阻元件，其电阻可由施加的电压来设定。在这种5×5的规格中，每个微型记忆体垫都与一个专用晶体管相连。这提供了所需的精细电压控制，使记忆体作为一个功能器件在数千次循环中具有高性能和高可靠性，在这种情况下作为一个低功率的神经网络元件运行。

"有了这一旗舰性的突破，我们现在正与领先的半导体公司交谈，以继续朝这个方向努力，"Lanza说。"我们还在考虑在KAUST安装我们自己的二维材料的晶圆规模的工业加工系统，以推进这种能力。"