隨著半導(dǎo)體芯片的不斷發(fā)展，運(yùn)算速度越來越快，芯片發(fā)熱問題愈發(fā)成為制約芯片技術(shù)發(fā)展的瓶頸，熱管理對(duì)于開發(fā)高性能電子芯片至關(guān)重要。近日，復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系、聚合物分子工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員魏大程團(tuán)隊(duì)經(jīng)過三年努力，在場(chǎng)效應(yīng)晶體管介電基底的界面修飾領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該項(xiàng)工作將有望為解決芯片散熱問題提供一種介電基底修飾的新技術(shù)。

為解決芯片發(fā)熱問題，魏大程團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種共形六方氮化硼(h-BN)修飾技術(shù)(即準(zhǔn)平衡PECVD)。據(jù)魏大程介紹，芯片散熱很大程度上受到各種界面的限制，其中導(dǎo)電溝道附近的半導(dǎo)體和介電基底界面尤其重要。六方氮化硼是一種理想的介電基底修飾材料，能夠改善半導(dǎo)體和介電基底界面。大量研究表明，六方氮化硼修飾能夠降低基底表面粗糙度和雜質(zhì)對(duì)載流子輸運(yùn)的影響，提高器件載流子遷移率。然而，六方氮化硼在界面熱耗散領(lǐng)域的潛在應(yīng)用則往往被忽視。

“載流子遷移率涉及器件的發(fā)熱問題，遷移率越高，那么同等電壓下發(fā)熱就越少;而熱耗散則關(guān)系到如何將這些熱量釋放掉?！蔽捍蟪探忉尩溃捌胀ǖ牧降?，我們將它比喻成一張紙，一張紙覆蓋在材料表面難免有縫隙，現(xiàn)有六方氮化硼制備方法中的轉(zhuǎn)移過程會(huì)產(chǎn)生更多縫隙，同時(shí)引入雜質(zhì)、缺陷，對(duì)研究帶來不利影響。而共形六方氮化硼是完全貼合在材料表面的，中間無縫隙，沒有雜質(zhì)混入，更有利于取得好的結(jié)果。”

“在我們團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這項(xiàng)技術(shù)中，共形六方氮化硼是直接在材料表面生長(zhǎng)的，不僅完全貼合、不留縫隙，還無需轉(zhuǎn)移。”據(jù)魏大程介紹，共形六方氮化硼修飾后，二硒化鎢場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件遷移率顯著提高;界面熱阻降低;器件工作的最大功率密度提高了2～4倍，高于現(xiàn)有電腦CPU工作的功率密度。這項(xiàng)技術(shù)不僅為解決芯片散熱問題提供了嶄新的思路，同時(shí)具有高普適性，可應(yīng)用于基于二硒化鎢材料的晶體管器件，還可以推廣到其他材料和更多器件應(yīng)用中。此外，該研究中所采用的PECVD技術(shù)是一種芯片制造業(yè)中常用的制造工藝，使得這種共形六方氮化硼具有規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用的巨大潛力。

研究團(tuán)隊(duì)未來將繼續(xù)致力于開發(fā)場(chǎng)效應(yīng)晶體管電學(xué)材料，包括共軛有機(jī)分子、大分子、低維納米材料，研究場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件的設(shè)計(jì)原理以及在光電、化學(xué)傳感、生物傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用。

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