芯片作為信息時(shí)代的“心臟”，為大數(shù)據(jù)和人工智能的發(fā)展提供源源不斷的動(dòng)力。芯片速度的提升得益于晶體管的微縮，然而當(dāng)前硅基芯片已接近摩爾定律物理極限。

  二維半導(dǎo)體材料被認(rèn)為是未來芯片溝道材料的下一個(gè)“風(fēng)口”。這種原子級(jí)厚度的材料具有超薄體、高遷移率等優(yōu)勢(shì)，吸引了科學(xué)界和工業(yè)界的廣泛興趣。然而，受限于接觸電阻、柵介質(zhì)等方面的瓶頸，迄今為止，所有二維晶體管所實(shí)現(xiàn)的性能均不能媲美業(yè)界先進(jìn)硅基晶體管。

  基于十多年來在納米器件領(lǐng)域的研究，北京大學(xué)彭練矛院士、邱晨光研究員團(tuán)隊(duì)針對(duì)二維電子學(xué)領(lǐng)域的底層核心問題和關(guān)鍵科學(xué)瓶頸進(jìn)行攻關(guān)，構(gòu)筑了世界上迄今速度最快、能耗最低的二維半導(dǎo)體晶體管——10納米超短溝道彈道二維硒化銦晶體管，相關(guān)成果2023年3月22日發(fā)表于《自然》。

  這種新晶體管室溫彈道率高達(dá)83%，遠(yuǎn)高于硅基晶體管的彈道率（低于60%），有望實(shí)現(xiàn)兼具高性能和低功耗的芯片。這項(xiàng)研究解決了實(shí)現(xiàn)高性能二維晶體管的多個(gè)重要挑戰(zhàn)，是二維電子器件研究的重要里程碑，具有重要的科學(xué)意義。

  對(duì)標(biāo)業(yè)界IRDS所預(yù)測(cè)的硅基器件發(fā)展路線圖，彈道二維硒化銦晶體管打破了四個(gè)硅基“終極紅墻”。

  第一，二維硒化銦晶體管溝長縮小到10納米，超越硅基極限12納米，同時(shí)可保持理想的亞閾值擺幅75毫伏量程，器件關(guān)態(tài)特性超過英特爾商用10納米節(jié)點(diǎn)的硅基最優(yōu)FinFET晶體管。第二，工作電壓可縮小到0.5伏，超越2031年預(yù)計(jì)的硅基極限0.6伏。第三，門延時(shí)縮減到0.32皮秒，相當(dāng)于4倍優(yōu)勢(shì)于硅基極限（1.26皮秒）。第四，功耗延遲積比硅基極限低一個(gè)量級(jí)。這意味著未來利用硒化銦晶體管構(gòu)建的大規(guī)模集成電路，比硅基電路在低數(shù)倍功耗的條件下具備更高的性能和處理速度，有望實(shí)現(xiàn)兼具高性能和低功耗的芯片。

  “這無疑是迄今為止性能最高的二維晶體管，說明二維材料晶體管的真實(shí)性能（不僅僅在理論上）已經(jīng)超過了最先進(jìn)的硅基晶體管。”該論文國際審稿人評(píng)價(jià)。■