高性能材料，国防科技大学 实现晶圆级WSi₂N₄​薄膜可控生长，提速千倍

来自 实验室仪器网

国防科技大学与中国科学院金属研究所联合团队在新型二维半导体领域取得颠覆性突破，成功实现晶圆级单层WSi₂N₄（氮化钨硅）的可控生长与精准掺杂，成果刊发于国际顶级期刊《国家科学评论》，为后摩尔时代自主可控芯片技术提供关键材料与器件支撑。

人工智能、深度学习与边缘计算的飞速发展，对低功耗、高性能芯片提出极高要求。当硅基晶体管沟道缩至10纳米以下，短沟道效应与功耗墙成为致命瓶颈，导致电流泄漏、芯片发热功耗飙升，传统硅基芯片逼近物理极限，摩尔定律逐渐失效。原子级厚度的二维半导体因高迁移率、强栅控能力成为核心替代材料，但现有体系存在严重结构性失衡：N型材料充足且性能优异，高性能P型材料极度稀缺，成为亚5纳米节点二维半导体发展的核心卡点。

针对这一国际半导体领域制高点难题，联合团队创新研发液态金/钨双金属薄膜衬底化学气相沉积法，攻克二维半导体可控掺杂与规模化生长难题，首次实现晶圆级、掺杂可调的单层WSi₂N₄薄膜制备。该技术使材料单晶区域尺寸达亚毫米级，生长速率较现有技术提升约1000倍，实现从实验室制备向工业化晶圆级生产的跨越。

测试表明，单层WSi₂N₄具备全方位优异性能：空穴迁移率高、开态电流密度大，可满足高性能晶体管需求；同时兼具机械强度高、散热性能好、化学性质稳定等优势，综合性能领跑同类二维材料。

此次突破彻底解决了二维半导体P型材料缺失的行业痛点，填补了亚5纳米节点CMOS集成电路的材料空白，验证了WSi₂N₄在二维集成电路中的实用价值。该成果不仅为后摩尔时代芯片技术开辟全新路径，更助力我国在高端半导体材料领域实现自主可控，为下一代低功耗、高性能芯片研发与产业化奠定核心基础。

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