經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，半導(dǎo)體工藝制程不斷逼近亞納米物理極限，但傳統(tǒng)硅基集成電路難以依靠進(jìn)一步縮小晶體管面內(nèi)尺寸來延續(xù)摩爾定律。發(fā)展垂直架構(gòu)的多層互連CMOS邏輯電路，從而獲得三維集成技術(shù)的突破，是國際半導(dǎo)體領(lǐng)域積極探尋的新路徑之一。

由于硅基晶體管制備工藝采用單晶硅表面離子注入的方式，較難實現(xiàn)在一層離子注入的單晶硅上方再次生長或轉(zhuǎn)移單晶硅。雖然可以通過三維空間連接電極、芯粒等方式提高集成度，但是關(guān)鍵的晶體管始終分布在最底層，無法獲得z方向的自由度。

近日，山西大學(xué)教授韓拯、中國科學(xué)院金屬研究所研究員李秀艷、遼寧材料實驗室副研究員王漢文、中山大學(xué)教授侯仰龍、中國科學(xué)院大學(xué)教授周武等合作，提出了全新的基于界面耦合（理論表明量子效應(yīng)在其中起到關(guān)鍵作用）的p-摻雜二維半導(dǎo)體方法。該方法采用界面效應(yīng)的顛覆性路線，工藝簡單、效果穩(wěn)定、可以有效保持二維半導(dǎo)體本征的優(yōu)異性能。進(jìn)一步，利用垂直堆疊的方式，該研究制備了由14層范德華材料組成包含4個晶體管的互補(bǔ)型邏輯門NAND以及SRAM等器件。這一創(chuàng)新方法打破了硅基邏輯電路的底層“封印”，基于量子效應(yīng)獲得了三維垂直集成多層互補(bǔ)型晶體管電路，為后摩爾時代未來二維半導(dǎo)體器件的發(fā)展提供了思路。

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5月29日，相關(guān)研究成果以Van der Waals polarity-engineered 3D integration of 2D complementary logic為題在線發(fā)表在《自然》（Nature）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃納米專項、國家自然科學(xué)基金以及沈陽材料科學(xué)國家研究中心、遼寧材料實驗室、山西大學(xué)量子光學(xué)與光量子器件國家重點(diǎn)實驗室等的支持。

論文鏈接：https://www.cas.cn/syky/202406/t20240605_5016756.shtml