我国实现4英寸氮化硼晶圆批量制备

IT时代网10月15日消息，北京大学、中国科学院物理研究所、松山湖材料实验室、中国科学院东莞材料科学与技术研究所等单位合作完成的最新成果近日在线发表于《自然-纳米技术》。研究团队提出台阶模板界面外延策略，实现4英寸单晶菱方氮化硼晶圆的可重复批量制备，并构建高性能滑移铁电场效应晶体管及其晶圆级阵列。

该器件展现纳秒级极化翻转、超过2×10的9次方抗疲劳特性和外推长达10年的非易失存储能力；即使在30纳米超短沟道下，仍可保持4V大存储窗口和超过470开尔文的优异热稳定性，综合性能优于已报道的二维铁电晶体管。

传统铁电材料依靠晶格内部离子微小位移改变极化方向，二维滑移铁电材料则通过相邻原子层相对滑动实现极化翻转，兼具超快翻转动力学与极低功耗，表面无悬挂键，天然适配片上集成工艺。菱方氮化硼具有平行ABC堆垛结构，兼具约6电子伏特宽带隙、高击穿场强、高面内热导率以及在1100摄氏度空气中稳定等特性，但其晶圆批量制备长期面临菱方相热力学不占优势、晶圆级均匀性难保证、大规模集成可行性未验证三大挑战。

研究团队提出的台阶模板界面外延策略，以经高温退火处理的m面蓝宝石为模板，利用其表面平行高台阶结构，通过磁控溅射镍硼合金薄膜实现台阶共形复制，硼源由薄膜在界面处持续供给，保证全晶圆范围内统一的菱方相结构。生长后的薄膜可批量转移至其他衬底，蓝宝石台阶模板可循环复用，晶圆厚度可达45纳米。

多尺度结构表征证实，所制备晶圆具有高相纯度，激光损伤阈值达每平方厘米490吉瓦，击穿场强达每厘米1000万伏，面内热导率达每米每开尔文320瓦；截面电子显微镜直接捕捉到相邻层单向滑移排列，揭示该薄膜同时存在面内与面外极化，为滑移铁电性奠定结构基础。

编辑：林一舟