经过多年研究攻关，我国科学家成功研制出一种人造蓝宝石作为绝缘介质的晶圆，为开发低功耗芯片提供了重要的技术支撑。这一成果8月7日在国际学术期刊《自然》发表。
随着电子设备不断小型化和性能要求的提升，芯片中的晶体管数量持续增加，尺寸日益缩小，同时也带来了新的技术挑战，尤其是在介质材料方面。电子芯片中的介质材料主要起到绝缘的作用，但当传统的介质材料厚度减小到纳米级别时，其绝缘性能会显著下降，导致电流泄漏。这不仅增加了芯片的能耗，还导致发热量上升，影响了设备的稳定性和使用寿命。为了解决这一难题，科研团队开发了一种创新的金属插层氧化技术。
中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员狄增峰介绍，以前的介质材料主要是用非晶的材料来做，我们这次发明主要是发明了晶体的介质材料，通过插层氧化的技术对单晶铝进行氧化，实现了单晶氧化铝作为介质材料，它在1纳米下能够实现非常低的泄漏电流。
中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员田子傲介绍，这个氧化铝就是蓝宝石，虽然是人工合成的，但是其晶体结构、介电特性、绝缘特性都和现实生活中的宝石性能一样。
上图为一个很典型的器件结构，下面是锗的半导体材料，中间是介质，上面是金属，中间薄薄的一层只有约2纳米，是人工合成的蓝宝石。界面非常清晰，光滑的界面有助于限制漏电流的产生。据介绍，通过采用这种新型材料，科研团队目前已成功制备出低功耗芯片器件，续航能力和运行效率得到大幅提升。这一成果不仅对智能手机的电池续航具有重要意义，还为人工智能、物联网等领域的低功耗芯片发展提供了有力支持。