突破1纳米芯片大关

李宗勋（이종훈）教授（左）、 冯丁（Feng Ding）教授（右）（图片来自网络）

众所周知，芯片的电路线宽越细，越有利于提高芯片的性能。这是因为在单位面积里，可以集成更多的元件。 当前，线宽为5纳米的芯片，已经进入了商业化生产。

电子显微镜下的石墨烯照片（图片来自网络）

韩国基础科学研究院(IBS)的多维碳材料研究团队的领头人李宗勋（이종훈），和新材料工学系研究团队的领头人冯丁二人，都是韩国蔚山科学技术院(UNIST)的在任教授。他们的研究团队利用二维黑磷，实现了线宽为4.3埃（Å，0.43 纳米）的导电通道。这项成果突破了纳米的限制，通过实验向人们揭示了制造“埃（Å， 1Å=0.1纳米）”单位线宽的半导体芯片的可能性。

二维黑磷的导电原理图（图片来自网络）

二维黑磷被认为是能够担当“后石墨烯”时代主角的半导体材料。它的厚度和单层原子的厚度相当，适用于硅基半导体材料难以实现的柔软的透明元件。另外，在二维半导体材料里面，它的电子迁移度最大。再就是与石墨烯不同的是，它具有“带隙（band gap）”特性，使得控制材料的通、断电变得容易起来。

利用低温固体扩散法，将铜原子插入黑磷里面，可以形成线宽小于纳米的导电通道。（图片来自网络）

之前，曾有很多人做过尝试，他们试图把黑磷等二维材料用作制作芯片的材料。他们对于这些材料的电子特性的测量，以及应用认知上取得了一些进展。但是，如果把二维材料真正应用到芯片的生产工艺上，还存在很多问题。对此，他们都没有深入和完善的研究。韩国的研究团队着手研究并解决了这些问题。

利用原子力显微镜 可以观察到的黑磷内插入铜原子后形成的导电通道 （白色线所示部分）（图片来自网络）

研究团队在多层的二维黑磷的每一层之间都插入了铜原子，制作了一个可以用作电极的导电通道。当一层薄薄的铜薄膜沉积到黑磷上以后，他们对其进行了简单的热处理。由于黑磷具有异向性原子结构的性质，所以插入黑磷的铜原子保持了0.43纳米的细微的带宽。研究团队通过原子力显微镜（C-AFM）查明了这一现象。由此而形成的0.43 纳米的导电通道，可以用作半导体芯片元件的电极。同时还确认了在2纳米以下的条件里，完全可以形成从导体到半导体再到导体的基本半导体材料结构。

（图片来自网络）

李钟勋教授表示，黑磷在二维半导体元件领域，作为超越石墨烯的材料备受瞩目。超越现有纳米限制的超微元件的应用是可能性的，研究团队的成果就是对这个可能性进行了实验性的确认。此研究成果以封面论文的形式，刊登在了7月29日的纳米领域国际学术杂志《纳米信函》上。

刊登在纳米领域国际学术杂志《纳米信函》上的封面论文（图片来自网络）