名詞解析
什么是High-K?
“K”代表介電常數，一般指的是材料集中電場的能力。在高介電常數的絕緣體中，相同的材料厚度下，該材料能夠儲存更多的電流容量。因此，High-K材料一般指高介電常數的材料。
導讀
近日，美國斯坦福大學和SLAC國家加速器實驗室的研究人員共同發現將硒化鉿(HfSe2)和硒化鋯(ZrSe2)這類High-K材料降低厚度變成2D的超薄材料，其擁有寬度相似的禁帶。而采用了這種High-K材料的器件能夠將體積縮小10倍左右。
研究內容
斯坦福大學的研究人員表示，他們嘗試著將High-K材料（HfSe2和ZrSe2）變薄到單層的厚度（大約3個原子厚度）。在這種情況下，這兩種材料的禁帶寬度仍然在合適的范圍內（1eV左右）。然而對于其他的半導體材料，在減小材料厚度到5納米以下的時候，其自身的載流子遷移率就會急劇的降低，同時禁帶寬度會上升。
2D High-K材料的應用
在當今的集成電路中，MOSFET常常作為一種基礎元件。而在設計MOSFET柵極的時候，設計人員一般會在柵極下方先設計一層絕緣層。這一層絕緣層主要用來隔絕柵極與溝道之間的電流。但是隨著制程工藝的提升，元件的體積逐漸的減小，柵極下方的絕緣層將很難起到絕緣的效果。這時設計人員就會采用High-K材料在保持厚度不變的前提下，變相增加絕緣效果。
研究人員表示，通過使用2D High-K材料，這種超薄的晶體管的柵極長度同樣可以減小。High-K材料同樣可以提供更低的工作電壓。研究人員預測這種材料可以將晶體管的體積壓縮到極其小的范圍內，比其他的傳統晶體管小10倍左右。
2D High-K材料的制作要求
首先，對于High-K材料來說，雖然具有很好的電氣特性，但是在生長工藝中很難直接生長在硅表面，這中間需要再添加一層緩沖層來解決晶格失配的問題。
其次，HfSe2和ZrSe2 材料都需要生長在大面積的襯底上，這種方法可以有效的控制生長的厚度和結晶度。除此之外，在氧化環節還需要更精確的控制技術來確保高品質的High-K材料。
2D High-K材料目前的問題
由于晶體管體積的減小，在超薄材料上制作觸點成為了目前新的挑戰。研究人員認為在超薄2D材料以及晶體管中，制作高品質的觸點是目前面臨的一個重點難題。
結論
研究人員表示，2D High-K材料在商業化應用方面還需要大量的工藝環節需要攻克，但是作為一種新的晶體管結構，其優秀的體積控制等特性，給晶體管設計人員帶來了新的思路。
出自：spectrum.ieee.org
