亚1纳米栅长晶体管器件工艺流程、示意图、表征图以及实物图。

　　本报讯 由科技日报社主办、部分两院院士和媒体人士共同评选出的2022年国内十大科技新闻日前揭晓，清华团队首次制成栅极长度最小的晶体管入选2022年国内十大科技新闻。
　　人类又向摩尔定律的极限发起挑战。这一次，中国人扮演了探索者的角色。清华大学集成电路学院团队首次制备出亚1纳米栅极长度的晶体管，该晶体管具有良好的电学性能。相关成果在线发表在3月15日的《自然》杂志上。
　　过去几十年，晶体管的栅极尺寸不断微缩。随着尺寸进入纳米尺度，电子迁移率降低、静态功耗增大等效应越发严重。新结构和新材料的开发迫在眉睫。目前主流工业界晶体管的栅极尺寸在12纳米以上。为进一步突破1纳米以下栅长晶体管的瓶颈，研究团队巧妙利用石墨烯薄膜超薄的单原子层厚度和优异的导电性能作为栅极，通过石墨烯侧向电场来控制垂直的二硫化钼沟道的开关，从而实现等效的物理栅长为0.34纳米。
　　团队通过在石墨烯表面沉积金属铝并自然氧化的方式，完成了对石墨烯垂直方向电场的屏蔽。再使用原子层沉积的二氧化铪作为栅极介质、化学气相沉积的单层二维二硫化钼薄膜作为沟道。
　　研究发现，由于单层二维二硫化钼薄膜相较于体硅材料具有更大的有效电子质量和更低的介电常数，在超窄亚1纳米物理栅长控制下，晶体管能有效的开启、关闭，其关态电流在pA量级，开关比可达105，亚阈值摆幅约117mV/dec。大量、多组实验测试数据结果也验证了该结构下的大规模应用潜力。基于工艺计算机辅助设计（TCAD）的仿真结果进一步表明了石墨烯边缘电场对垂直二硫化钼沟道的有效调控，预测了在同时缩短沟道长度条件下，晶体管的电学性能情况。这项工作推动了摩尔定律进一步发展到亚1纳米级别，同时为二维薄膜在未来集成电路的应用提供了参考依据。
　　纽约州立大学布法罗分校纳米电子学家李华民对此评价道：这项新工作将栅极的尺寸极限进一步缩小到仅一层碳原子的厚度，在相当长的一段时间内，要打破这一纪录是非常困难的。
　　二维薄膜的未来集成电路将会带来柔软、透明、高密度的芯片。如果使用新材料，就有机会实现全柔性的手机——其CPU、存储器都是软的，而且更加节能。
　　（集成电路学院，部分文字内容来源《科技日报》）