宽禁带科技论|4英寸超平整单晶六方氮化硼晶圆成功制备!

CuNi(111)/蓝宝石衬底表面超平整单晶氮化硼的制备示意图

（图片来源：深圳理工大学）

对于半导体场效应晶体管（MOSFETs）等电子器件而言，高质量的沟道-栅介质界面首先有助于减少电子和空穴捕获效应，从而提高器件的开关性能和电流传输能力；还可以减少界面散射，从而提高载流子的迁移率；还可以减少栅极泄漏电流以控制尺寸、降低功耗等。六方氮化硼（白石墨烯）因其无悬挂键、平整表面和优异电绝缘性，是减少界面损伤与载流子散射的理想界面材料。但目前通过CVD法在金属衬底上制备超平整单晶氮化硼可控制备仍面临挑战。

在生长衬底上，氮化硼的褶皱形成分为两步：首先，氮化硼局部脱附，形成小的褶皱；其次，脱附的氮化硼在衬底上滑动，进一步形成褶皱。因此，增强的摩擦力和结合能能够抑制氮化硼褶皱的产生。本次研究理论计算表明，通过调控铜镍合金中金属镍（Ni）的含量，可以调节氮化硼与生长衬底之间的结合能和摩擦力。随着Ni含量的增加，氮化硼与金属衬底之间的结合能逐渐变大、距离逐渐缩短、摩擦力逐渐增大，导致氮化硼与衬底之间的耦合增强，使得单一取向的畴区在能量上更为稳定。继而通过ALD工艺制备出均匀且超薄的hBN/HfO2复合介质层，表现出良好的介电性能——具有超低电流泄漏（2.36×10−6Acm−2）和0.52nm的超薄等效氧化物厚度，符合国际设备和系统路线图的目标。

深圳理工大学讲席教授丁峰与北京大学教授彭海琳合作该研究以《Ultraflat single-crystal hexagonal boron nitride for wafer-scale integration of a 2D-compatible high-κ metal gate》为题发表在《Nature Materials》，将该材料用于集成电子器件保护层取得重要进展。

论文地址：

https://www.nature.com/articles/s41563-024-01968-z