最近，深圳理工大學(xué)講席教授丁峰與北京大學(xué)教授彭海琳合作，成功制備出4 英寸超平整單晶六方氮化硼晶圓的成果以“Ultraflat single-crystal hexagonal boron nitride for wafer-scale integration of a 2D-compatible high-κ metal gate”為題登上Nature Materials期刊，將該材料用于集成電子器件保護(hù)層取得重要進(jìn)展。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41563-024-01968-z

CuNi(111)/藍(lán)寶石襯底表面超平整單晶氮化硼的制備示意圖

（圖片來源：深圳理工大學(xué)）

對(duì)于半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFETs）等電子器件而言，高質(zhì)量的溝道-柵介質(zhì)界面首先有助于減少電子和空穴捕獲效應(yīng)，從而提高器件的開關(guān)性能和電流傳輸能力；還可以減少界面散射，從而提高載流子的遷移率；還可以減少柵極泄漏電流以控制尺寸、降低功耗等。六方氮化硼（白石墨烯）因其無懸掛鍵、平整表面和優(yōu)異電絕緣性，是減少界面損傷與載流子散射的理想界面材料。但目前通過CVD法在金屬襯底上制備超平整單晶氮化硼可控制備仍面臨挑戰(zhàn)。

在生長襯底上，氮化硼的褶皺形成分為兩步：首先，氮化硼局部脫附，形成小的褶皺；其次，脫附的氮化硼在襯底上滑動(dòng)，進(jìn)一步形成褶皺。因此，增強(qiáng)的摩擦力和結(jié)合能能夠抑制氮化硼褶皺的產(chǎn)生。本次研究理論計(jì)算表明，通過調(diào)控銅鎳合金中金屬鎳（Ni）的含量，可以調(diào)節(jié)氮化硼與生長襯底之間的結(jié)合能和摩擦力。隨著Ni含量的增加，氮化硼與金屬襯底之間的結(jié)合能逐漸變大、距離逐漸縮短、摩擦力逐漸增大，導(dǎo)致氮化硼與襯底之間的耦合增強(qiáng)，使得單一取向的疇區(qū)在能量上更為穩(wěn)定。繼而通過ALD工藝制備出均勻且超薄的hBN/HfO₂復(fù)合介質(zhì)層，表現(xiàn)出良好的介電性能——具有超低電流泄漏（2.36×10^?6Acm ^?2）和0.52nm的超薄等效氧化物厚度，符合國際設(shè)備和系統(tǒng)路線圖的目標(biāo)。

編譯整理 YUXI