面临小而强的功能需求，芯片研制不断迫临物理极限，其间发挥着绝缘效果的栅介质资料十分要害。近来，中国科学院上海微体系与信息技能研讨所狄增峰研讨员团队开发了一种适用于二维低功耗芯片的单晶蓝宝石介质。这种资料具有杰出的绝缘功能，即便仅有1纳米厚，也能有用阻挠电流走漏，然后显着进步芯片能效。最新一期世界学术期刊《天然》报导了这一打破性效果。

  二维半导体资料有望成为下一代集成电路的颠覆性解决方案，全球都在这一范畴有所布局。比方，三星公司正致力于将二维半导体资料应用于高频和低功耗芯片制作；台积电正研讨怎么样将二维半导体资料集成到现有半导体制程中，以进步晶体管的功能并下降功耗；欧盟则经过欧洲芯片法案，推进二维半导体资料的研讨和开发。

  但是，二维半导体资料短少与之匹配的高质量栅介质资料。当传统介质资料厚度减小到纳米等级时，芯片内晶体管的绝缘功能也会显着下降，导致设备发热、呼应时刻延伸等，进一步影响设备全体稳定性和使用寿命。

  为打破有关技能瓶颈，狄增峰团队开发了一种金属插层氧化技能。该技能能在室温下精准控制氧原子逐层嵌入铝的晶格中，构成有序的单晶氧化铝介质资料——蓝宝石。传统的氧化铝资料一般出现无序结构，这种无序会导致其在极薄层面上的绝缘功能一会儿就下降。而蓝宝石的单晶结构不只带来了更高的电子迁移率和更低的电流走漏率，还保证了电子在传输过程中的稳定性。

  论文一起通讯作者、上海微体系所研讨员田子傲介绍，与传统非晶资料比较，这种蓝宝石晶体在结构和电子功能上有着十分显着优势，是下一代集成电路晶体管的抱负介质资料。据悉，该立异资料已成功应用于半导体芯片制程中，结合二维资料制备出低功耗芯片器材，续航才能和运转功率得到了大幅进步。

  这一开展不只对智能手机的电池续航具有极端重大意义，还为人工智能、物联网等范畴的低功耗芯片开展供给了强有力的支撑。跟着5G、边际核算和智能家居等新式技能的开展，对低功耗、高功能芯片的需求继续不断的添加。科研团队的研讨效果也将助力下一代智能设备的遍及。