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第15讲:中科院福建物构所刘伟研究员——二维材料与绿色电子器件(2016.11.18)

报告内容提要

随着半导体工业的发展,大规模集成电路的集成度越来越高。等比例缩小(Scaling down)理论推动着半导体工业不断向前发展。目前互补金属氧化物半导体(CMOS)器件的栅长已逐渐缩减到16 纳米以下。然而随着CMOS器件尺寸缩小,静态漏电已经成为CMOS器件尺寸继续缩小的最大阻碍。受载流子波尔兹曼热分布限制的亚阈值摆幅(Subthreshold Swing, S)严重影响了CMOS器件在相应的栅电压下的开关速率, 导致CMOS器件的漏电流随着电源电压的降低呈指数增长, 从而静态功耗呈指数增长。因此降低电子器件的静态功耗,提高能源利用效率已经成为半导体工业迫切需要解决的问题之一。

二维绝缘体表面没有任何悬空键,不会引入散射来降低半导体载流子迁移率。而半金属二维材料石墨烯拥有非凡的导电能力与高化学稳定性,可以用于取代金属铜作为集成电路高性能互联线。另外,二维半导体的厚度约为几个原子层,拥有非常高的栅极调控能力,载流子可以被束缚在原子级厚度的薄膜内。另外二维材料禁带宽度只跟厚度相关,因此大范围加工出来的器件性能一致。最重要的一点是,二维材料以薄膜的形式存在,可以通过化学气相的方法大面积制备。器件加工工艺和当前的CMOS工艺完全兼容。以此为基础进行研发,可以降低工业界设备更新的成本,更容易被半导体工业接受。因此集成二维材料的优点,有可能发展出全二维绿色电路。

报告人简介

刘伟, 博士, 研究员, 博士生导师, 2008年毕业于中国科学院化学研究所并获得博士学位。2008年9月至2010年3月在美国加州大学洛杉矶分校材料系从事博士后研究,2010年3月到2016年4月在美国加州大学圣巴巴拉分校电子系,先后以博士后与associate specialist 身份从事研究工作。2016年4月入选中科院福建物构所海西院百人计划,并回国工作。刘伟研究员主要从事碳纳米管、石墨烯与二维半导体的合成、石墨烯互联线在集成电路中的应用,以及基于二维材料的低功耗电子器件等方面的工作。近五年发表期刊论文30余篇(包括Nature、JACS、Nano Letters、ACS Nano、IEEE TED、IEEE EDL)和19篇国际会议论文,其中包括5篇发表于International Electron Device Meeting (IEDM)。

地址:湖北省武汉市武昌区珞珈山,武汉大学化学与分子科学学院,化北 118 & 化东 101/201

Tel:+86-27-68755687   Fax:+86-27-68755687   Email:leifu@whu.edu.cn

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