超低介电新星——非晶氮化硼

来源：材料科学前沿

现代高性能应用于多功能电子设备逻辑、记忆器件都趋向于使用更小的晶体管尺寸和在更小的面积里堆叠更多的电路。然而，金属连接器维度的降低和堆叠密度的增加会导致电阻和电容延迟的增加，这将影响电子器件的运行速度。目前为止，研究者主要聚焦于降低于连接器的电阻，因为使用低温沉积工艺兼容金属氧化物半导体的互补的电介质集成具有大的技术挑战。连接器独立材料必须具有低的介电常数（κ），作为扩散屏障阻止金属迁移进半导体，并且其必须具有高的热、化学、机械稳定性。明确的，国际元件及系统技术蓝图提出在2028年之前发展介电常数低于2的低电介质。如氧化硅衍生物、有机化学物与空气胶等具有低介电常数的材料，都是大于2的，并且具有不稳定的的热、机械性质。在此，韩国蔚山科学技术院Hyeon Suk Shin联合三星综合技术院Hyeon-Jin Shin和英国剑桥大学Manish Chhowalla教授报道了一种3nm厚的无定型氮化硼薄膜，在100kHz和1MHz的工作频率下分别展示了1.78和1.16的超低介电性质。并且该薄膜展现了强的机械、高压稳定性。该项研究成果以题为“Ultralow-dielectric-constant amorphous boron nitride”发表在国际顶刊《Nature》上。

【图文解读】

材料的制备与电镜表征：在这项工作中，研究者利用低温远程电感耦合等离子体-化学气相沉积（ICP-CVD）法在硅基底上获得了3nm厚的氮化硼薄层。透射电镜和选区电子衍射证明了其无定型的性质（命名为a-BN）。

图1. a-BN的原子结构。