换道超车！低功耗二维环栅晶体管问世

彭海琳团队合影（右一为彭海琳）

具体而言，在集成电路技术的发展历程中，硅基晶体管尺寸的微缩促进了集成电路密度和算力的提升，但由于短沟道效应等限制，栅极对平面沟道导电通道的静电控制能力下降，导致漏电流增加和功耗上升等问题。为了解决栅极对沟道的静电控制问题，研究人员在器件架构上“做文章”，于是新一代技术——鳍式场效应晶体管（FinFET）于20世纪90年代初期诞生了。这种鳍式晶体管将原先的平面电路“原地拔高”，使沟道呈直立“鳍片”形状分布，这样的器件沟道在结构上产生与栅极更大的接触面积，从而增强了栅极对器件导电通道的控制能力。如果将普通晶体管电路看作条条马路，那鳍式晶体管就类似拔地而起的座座高楼。2011年，英特尔推出商业化的鳍式晶体管技术，从22纳米节点开始主导了集成电路微缩制程工艺，也是当前最先进的商用3纳米芯片制程的主流架构。

但随着集成电路密度进一步增大，在3纳米节点以下，因面临物理极限与工艺难度挑战，鳍式晶体管结构在沟道电流控制方面再次遇到瓶颈，算力难以提升且功耗急剧增大，于是“新一代”技术——环栅晶体管（GAAFET）应运而生。这种环栅结构将原先“高楼”的“地基”去掉，让这些“空中楼阁”沟道与栅极四面全环绕包围，接触面进一步增加，再次增强栅极对沟道电流的控制，让晶体管获得更高的速度和更低的功耗。从外观看，可以将环栅晶体管结构比拟为四通八达的立交桥。以硅基作为主要沟道材料的环栅晶体管技术作为最先进的2纳米节点技术，目前日趋成熟，即将在市场上得到推广。

在硅基晶体管架构不断发展迭代的基础上，由于硅基材料已接近其物理极限，人们一直没有停止寻找比硅基更为理想的沟道材料。相比传统的硅基材料，二维半导体材料具有表面无悬挂键、原子级均匀厚度和高迁移率等特性，被看作“后硅材料”。全球众多知名半导体公司和研究机构都在致力于此器件材料的研发。以二维材料加持的环栅结构的晶体管，被业界看作更新一代的晶体管结构。不过，此类器件面临源漏接触、栅介质材料及界面等多重挑战，性能与功耗仍无法与业界硅基晶体管相媲美。这也是让该技术目前还停留在概念阶段的主要瓶颈所在。

彭海琳团队运用自主研发的新型高迁移率铋基二维半导体材料（硒氧化铋，Bi2O2Se）及其高介电常数自然氧化物栅介质（Bi2SeO5），将其用于制作最先进的二维环栅晶体管，可谓对晶体管进行“跨代升级”。该二维半导体沟道与层状自然氧化物栅的界面结构原子级平整，缺陷极少，性能稳定，能极大减少对电子散射和电流损耗，如同“内壁光滑的水管”让水流在水管里毫无阻力地高速流动；这种材料的层状氧化物的介电常数大，制成的控制栅极可以做得非常薄而不漏电，从而使所需控制电流开关的栅控电压大幅减小，实现了提升算力、降低漏电的同时还将能耗降到最低。

2025（第五届）碳基半导体材料与器件产业发展论坛

4月10-12日   浙江宁波

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论坛背景

Background of the Forum

碳基半导体（包括金刚石、碳化硅、石墨烯和碳纳米管等）因其超宽禁带、高热导率、高载流子迁移率以及优异的化学稳定性等卓越的特性，正在成为解决传统硅基半导体材料逐渐逼近物理极限问题的关键途径。在人工智能、5G/6G通信、新能源汽车等迅猛发展的新兴产业领域表现出广阔的应用前景。尤其是在当前不确定的国际局势和贸易环境背景下，碳基半导体战略意义凸显，成为多国布局的重要赛道。

为此，由DT新材料将举办的2025（第五届）碳基半导体材料与器件产业发展论坛，以“创新·融合（金刚石&“金刚石+”）”为主题，将围绕金刚石以及“金刚石+”半导体的生长、精密加工、键合、器件制造、高效热管理应用等环节中的关键技术和设备，搭建一个汇聚顶尖专家学者、企业家和产业界人士的高水平交流平台，分享与探讨碳基半导体产业趋势、创新成果和应用需求，推动碳基半导体产业上下游合作，助力产业链高质量发展。

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论坛信息

Forum Info

论坛主题：创新·融合（金刚石&"金刚石+"）

论坛时间：2025年4月10-12日

论坛地点：浙江宁波  

论坛主席：江南，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员

执行主席：邬苏东，甬江实验室研究员

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论坛组织

Forum organization

主办单位：DT新材料

联合主办：

中国科学院宁波材料技术与工程研究所功能碳素实验室

甬江实验室

宁波工程学院

协办单位：

宁波盈诺科技孵化有限公司

支持单位：

河北工业大学先进激光技术研究中心

金刚石激光技术及应用协同创新中心

中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟

支持媒体：

DT半导体、洞见热管理、Carbontech、DT新材料、DT芯材、化合物半导体、芯师爷

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论坛设置

Forum Settings

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核心议题

core subject

**拟定议题，以实际议程为准。欢迎企业和科研单位提供和定制议题方向。

主论坛：碳基半导体的机遇与挑战

（1）新的国际局势与政策导向下的碳基半导体发展趋势研判

（2）AI等未来产业驱动下的碳基半导体的市场需求与前景分析

（3）碳基半导体（金刚石、碳化硅、石墨烯和碳纳米管等）前沿研究进展

（4）碳基半导体器件（金刚石及“金刚石+”）产业化与应用进展

（5）碳基半导体产业投资分析

主题一：金刚石半导体制备与应用探索

（1）大尺寸、低成本金刚石制备技术与产业化推进

（2）高效、低损伤金刚石精密加工技术

（3）金刚石功率器件的热管理解决方案

主题二：“金刚石+”半导体制造与规模化应用

（1）“金刚石+”半导体异质外延生长（金刚石薄膜）

（2）“金刚石+”半导体键合技术

（3）“金刚石+”半导体先进光刻与微纳加工

（4）“金刚石+”半导体先进封装（2.5D/3D集成）

（5）“金刚石+”半导体（SiC、GaN、Ga2O3、AlN、BN）的最新研究进展及其在功率器件、二极管、射频器件、滤波器、热管理等领域应用

主题三：石墨烯&碳纳米管制备以及其在柔性&高速电子设备领域的应用

（1）石墨烯晶圆的大尺寸制备、带隙调控及器件研究

（2）石墨烯在柔性电子和可穿戴设备中的应用

（3）碳纳米管的手性控制与选择性生长

（4）碳纳米管在高速电子设备（高性能计算、通信设备等）中的应用拓展

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参会注册

Registration

参会代表(/人)

报名且线上缴费￥3000，早鸟价￥2800

学生(/人)

报名且线上缴费￥1500，早鸟价￥1200

注：注册费包含资料费、会议期间餐费等，不包含住宿费、交通费。

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往届回顾

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圆满落幕！500+行业大咖携手CarbonSemi助力碳基半导体产业化进程！第四届碳基半导体材料与器件产业发展论坛，陪伴行业发展