新材料量子突破:715万cm²/Vs刷新半导体导电性能纪录
11月26日最新消息,科技媒体eurekalert于11月24日发布研究论文称,科学家团队成功研发出一种新型量子材料。通过在硅晶圆上构建纳米级厚度的压应变锗外延层,其空穴迁移率高达715万cm²/Vs,刷新了IV族半导体电荷传输速度的记录。
需要说明的是,空穴迁移率是衡量半导体材料导电性能的核心指标之一。它描述了带正电荷的"空穴"(原子失去电子后留下的空位)在电场作用下移动的速率。迁移率越高,意味着电荷移动越快、电阻越小,材料的导电性越优异,据此制造的芯片运行速度更快、能耗更低。
压应变锗是一种经过特殊晶格处理的锗材料。通过在原子层面施加"压力"(压缩应变),改变其晶体结构,从而优化其电学特性。

该研发团队由华威大学物理系半导体研究组负责人Maksym Myronov副教授领衔,通过在硅晶圆顶部精心构建纳米级厚度的压应变锗外延层,创造出名为"硅基压应变锗"(cs-GoS)的量子材料。
研究团队通过对锗层施加精确应变,成功构建出超洁净的晶体结构,使电荷几乎可以无阻力地在其间流动。Maksym Myronov副教授强调,这种新材料将全球领先的迁移率与工业可扩展性相结合,是实现大规模集成电路的关键突破。

测试结果显示,这种新材料的空穴迁移率达到创纪录的715万cm²/Vs,这意味着电荷在其中的移动效率远超传统硅材料。这一特性将让未来芯片运行速度显著提升,同时功耗进一步降低。
加拿大国家研究委员会首席研究员Sergei Studenikin博士表示,这项成果为作为全球电子产业核心的IV族半导体材料树立了新的电荷传输基准,为开发与现有硅技术完全兼容的、更节能的高速电子设备和量子设备开辟了全新路径。

参考文献
Hole mobility in compressively strained germanium on silicon exceeds 7 × 106 cm2V-1s-1
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