【仪表网 研发快讯】集成电路的发展是信息时代的基石。随着摩尔定律逼近物理极限，业界对新一代半导体材料和器件的探索愈发迫切。近日，南京大学集成电路学院王欣然教授、李卫胜副教授团队与合作者取得了一项里程碑式进展。他们创新开发出锑晶体外延接触技术，成功解决了二维半导体在亚20纳米尺度下的高性能欧姆接触难题，研制出关键尺寸逼近1纳米节点要求的高性能晶体管，为集成电路迈入“埃米时代”提供了关键的器件解决方案。
挑战：器件尺寸微缩的“拦路虎”
二维半导体材料，如二硫化钼(MoS₂)，因其仅有原子层的厚度和优异的电学特性，被视为延续摩尔定律的理想候选材料。然而，要将其实用化并应用于最先进的集成电路，必须将晶体管的整体尺寸，特别是“接触栅间距”(CGP)缩减至纳米甚至亚纳米尺度。根据国际路线图，1纳米节点要求晶体管的接触长度小于20纳米，同时接触电阻必须低于一个极低的阈值。
当前技术面临的核心困境是：当金属电极与二维半导体的接触长度缩短到20纳米以下时，会出现严重的“电流拥挤效应”，导致接触电阻呈指数级飙升，成为制约器件性能与尺寸微缩的根本性瓶颈。
突破：原子级精度的“锑晶体”接触
面对这一世界性难题，研究团队独辟蹊径，在前期研究基础上，创新性地采用了分子束外延技术，在二硫化钼上直接生长出高纯度、单一取向的锑(Sb)单晶薄膜作为接触电极。
与传统的蒸镀金属电极相比，这项技术带来了两大革命性优势：
原子级锐利界面：分子束外延实现了锑晶体与二维半导体之间近乎完美的原子级结合界面，极大降低了载流子注入的势垒。
超短传输长度：基于锑晶体独特的轨道杂化增强接触机制，载流子的有效注入长度(传输长度)被缩短至惊人的13纳米。这意味着即使物理接触长度做得很短，电流也能被高效、均匀地注入半导体沟道，从而从根本上抑制了电流拥挤效应。
成果：满足1纳米节点要求的晶体管
利用这项突破性的接触技术，团队成功制造出了接触长度仅18纳米、栅长17纳米的二硫化钼晶体管。测试结果表明，该器件在极低的电压下实现了高驱动电流、极高的开关比和极低的关态漏电，所有关键性能指标均满足国际器件与系统路线图对1纳米技术节点的严苛要求。
更重要的是，技术演示了良好的均一性与重复性，展现了其从实验室走向未来晶圆制造的潜力。器件仿真进一步证实，该技术有能力支撑晶体管尺寸继续微缩至亚1纳米节点。
意义：为“后硅时代”集成电路开辟道路
这项发表于《自然·电子学》的成果，其意义不仅在于实现了一个高性能晶体管。它更重要的意义在于，为二维半导体这一极具前景的材料体系扫清了通往最先进集成电路应用的最大障碍之一——超短沟道下的接触问题。
它向业界证明，二维半导体有能力承载起延续摩尔定律的重任，为芯片性能的持续提升和功耗的持续降低提供了切实可行的新路径。随着相关技术的进一步成熟，我们有望在未来的人工智能、移动计算等需要极高能效比的领域，看到基于此类新原理器件的芯片诞生。
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