揭示光学声子软化新理论，中国科学院半导体所合作成果引领行业前沿

岩盐矿结构氧化铍：揭示高介电常数与超宽带隙平衡的秘密

IT之家报道，随着集成电路工艺的迅猛发展，摩尔定律所预言的晶体管小型化带来的性能提升逐渐逼近物理极限。
当前面临的关键挑战是，晶体管的功耗并未随着尺寸的缩小而等比例降低。
针对这一问题，研究者不断寻找新型解决方案。
近日，中国科学院半导体研究所的研究员骆军委团队联合宁波东方理工大学的教授魏苏淮，揭示了岩盐矿结构氧化铍（rsBeO）反常地拥有超高介电常数和超宽带隙的起源，为解决这一难题提供了新的思路。

一、背景与挑战

在集成电路中，晶体管的性能很大程度上取决于其内部的介电材料。
这些材料的介电常数和带隙特性对于晶体管的功耗、速度等关键性能有着直接影响。
传统的介电材料，如HfO2等，虽然已经在一定程度上满足了晶体管的需求，但是随着集成电路工艺的不断发展，对介电材料的要求也越来越高。
尤其是在功耗方面，现有的材料难以满足进一步降低功耗的需求。
因此，开发新型的高介电常数材料成为了重要的研究方向。

二、岩盐矿结构氧化铍的特性

本次研究的核心是岩盐矿结构氧化铍（rsBeO）。
研究表明，rsBeO反常地拥有超高的介电常数和超宽的带隙。
其介电常数高达271ε0，远超传统的HfO2材料的6ε0；而其带隙更是达到了惊人的10.6eV。
这些特性使得rsBeO在集成电路应用中具有巨大的潜力。

三、机制研究

那么，rsBeO为何能够拥有如此独特的性质呢？研究团队发现，关键在于其特殊的原子结构。
rsBeO中的Be原子较小，导致相邻两个氧原子的电子云高度重叠。
这种高度重叠产生的强烈库仑排斥力，使得原子间距增大，进而降低了原子键的强度。
这种降低的原子键强度导致了光学声子模频率的降低，从而使得rsBeO的介电常数大幅提升。
这一发现揭示了通过拉升原子键长度来降低原子键强度，从而实现光学声子模软化的新理论。

四、研究意义与未来展望

本次研究的成果具有重要的理论价值和实践意义。
它揭示了rsBeO反常性质的本质原因，为开发新型的高介电常数材料提供了理论支持。
这一发现为解决集成电路中晶体管的高介电材料、铁电材料应用的难点提供了新的思路。
最后，基于这一理论，可以进一步开发兼容CMOS工艺的超高密度铁电、相变存储等新原理器件，推动集成电路技术的发展。

骆军委团队和魏苏淮团队的研究为我们揭示了一种新型材料rsBeO的超高介电常数和超宽带隙的起源，为解决当前集成电路中的功耗问题提供了新的思路。
未来，我们期待更多基于这一理论的研究成果能够应用于实际生产中，推动集成电路技术的发展。
该研究成果已经发表在《自然》杂志上（IT之家附DOI: 10.1038/s41586-024-0809-9）。

---

---

相关标签： 中国科学院、

上一篇：奇瑞集团出口再创佳绩，十月份突破十一万辆大

下一篇：搭载全新龙芯处理器