新型功能材料成功集成至硅芯片

　　科技日报华盛顿7月21日电 （记者刘海英）美国北卡罗来纳州立大学21日发布新闻公报称，该校研究人员与美国陆军研究办公室合作开发出一种新方法，可将多铁性材料等新型功能材料集成至计算机芯片上。这一方法将有助于未来制造出更轻巧、智能的电子设备和系统。

　　一些新型功能材料，如具有铁电和铁磁性质的多铁性材料、表面有导电性能的拓扑绝缘体及新型铁电材料等，在传感器、非易失性存储器及微机电领域有很好的应用前景。但这些材料目前面临的一个难题是，至今它们都不能被集成到硅芯片上。

　　此次，美国研究人员开发出一种被称为“薄膜外延法”的新方法。他们设计了两种可与硅兼容的板层——氮化钛板层和钇稳定氧化锆板层，作为连接新功能材料与不同电子产品硅芯片的底层基质（平台），然后利用其开发的一套缓冲薄膜，将功能材料与硅芯片集成在一起。这些薄膜一面与新型功能材料的晶体结构结合，另一面与底层基质结合，从而起到有效的连接作用。研究人员称，集成的功能材料不同，所使用的薄膜组合也不同。比如，集成多铁性材料会使用氮化钛、氧化镁、氧化锶和镧锶锰氧化物这4种类型的薄膜组合；而集成拓扑绝缘体则仅会使用氧化镁和氮化钛两种薄膜。

　　研究人员表示，将新型功能材料与硅芯片集成，会使很多过去认为不可能的事成为可能。如仅用一个紧凑的芯片即可完成数据探测、采集、处理任务，这有助于设计出更高效、轻巧的设备。此外，有了这一方法，还可克服目前发光二极管（LED）所用蓝宝石衬底无法与计算机设备兼容的难题，在芯片上创建LED，设计出“智能灯”。

　　新闻公报中称，研究人员已为此项集成技术申请了专利。相关研究成果刊发在《应用物理评论》期刊上。

　　总编辑圈点

　　硅芯片制造工艺正逼近物理极限，为满足摩尔定律增长要求，要么寻找全新材料替代硅——石墨烯、二硫化钼或者单原子层锗，要么创新方法来拓展硅芯片的能力——将更符合要求的新材料高效集成在硅衬底上。相较而言，完全替代原有技术路线，不仅需要大量资金投入，产业充分竞争和协作也必不可少；在成熟技术上深部挖潜，成本虽然低很多，却难以带来翻天覆地的全新业态。好在科技进步不同于政治更迭，革命派和改良派都值得充分尊重。