8月7日，国际学术期刊《自然》发表了中国科学院上海微系统与信息技术研究所（下称“上海微系统所”）狄增峰研究员团队有关集成电路晶圆研究成果。该团队成功研制出一种人造蓝宝石作为绝缘介质的晶圆，为开发低功耗芯片提供了重要的技术支撑。

随着电子设备不断小型化和性能要求的提升，芯片中的晶体管数量持续增加，尺寸日益缩小，同时也带来了新的技术挑战，尤其是在介质材料方面。电子芯片中的介质材料主要起到绝缘的作用，但当传统的介质材料厚度减小到纳米级别时，其绝缘性能会显著下降，导致电流泄漏。这不仅增加了芯片的能耗，还导致发热量上升，影响了设备的稳定性和使用寿命。为了解决这一难题，该科研团队开发了一种创新的金属插层氧化技术。

中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员狄增峰介绍，以前的介质材料主要是用非晶的材料来做，我们这次发明了晶体的介质材料，通过插层氧化技术对单晶铝进行氧化，实现了单晶氧化铝作为介质材料，在1纳米下能够实现非常低的泄漏电流。

“与非晶材料相比，单晶氧化铝栅介质材料在结构和电子性能上具有明显优势，是基于二维半导体材料晶体管的理想介质材料。其态密度降低了两个数量级，相较于传统界面有了显著改善。”中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员田子傲说，蓝宝石的化学成分就是氧化铝，它虽然是人工合成的，但是晶体结构、介电特性、绝缘特性都和生活中的宝石的性能是一样的。最典型的一个集成电路器件结构，下面是锗的半导体材料，中间是介质，上面是金属，中间薄薄的一层大概只有2个纳米，它就是我们人工合成的蓝宝石，非常光滑的界面也有助于限制漏电流的产生。

据介绍，这一材料已成功应用于半导体芯片制程中，结合二维材料，制备出低功耗芯片器件。通过采用这种新型材料，芯片的功耗显著降低，续航能力和运行效率得到了大幅提升，不仅对智能手机的电池续航具有重要意义，还为人工智能、物联网等领域的低功耗芯片发展提供了有力支持。