领先台积电1nm材料，云南大学破冰硫化铂技术，引领芯片制程方向

因自身内置规格的有限性，硅晶体很难支撑摩尔定律继续向前推进。尽管中科院推出石墨烯晶圆，台积电推出半金属铋，将其作为延续摩尔定律的半导体材料。但这些新型材料的局限性很大，并不能成为摩尔定律的最佳候选。

我是柏柏说科技，资深半导体科技爱好者。本期为大家带来的是：云南大学材料与能源学院破冰的硫化铂半导体材料。

老规矩，开门见山。2020年6月20日，云南大学材料与能源学院破冰硫化铂材料瓶颈，成功解决困扰类石墨烯材料硫化铂合成的大面积均匀少层问题、硫化铂熔点、光电等物理性能问题。

云南大学成功突破硫化铂技术瓶颈，将给国产半导体领域带来怎样的影响呢？首先我们要搞懂硫化铂材料是什么，以及硫化铂材料的优势。硫化铂是可用于半导体领域芯片制程当中的化合物原材料，归属类石墨烯领域。补充一点，类石墨烯材料泛指与石墨烯层状结构、物理性能相似的金属化合物，属于第二代半导体元素。

硫化铂的优势有哪些呢？与硅晶体、石墨烯材料相比，硫化铂的性能如何呢？从性能上来看，硫化铂的性能表现大于石墨烯，而石墨烯晶圆的性能表现大于硅晶体。据了解，碳基晶体管的极限运行速度是硅基晶体管的5~10倍，所制成碳芯片的功耗是硅芯片的十分之一。这是因为碳晶圆的结构性更好，导电性与热塑性更高。

然而物极必反，碳晶体管具备很高的导热性与电子活泼性。这些特性在给半导体芯片带来更高性能、更低功耗的同时；也提高了芯片制程的难度。这是因为碳纳米管的内部杂质很多，而且碳晶体管本身具备的导电性，也让碳芯片的内部结构变得不稳定。

尽管石墨烯材料在性能和功耗上的表现要优于硅基材料，但因提纯难度高、内部构造不稳定等缺点，使其并不适合作为延续摩尔定律的首选原料。但硫化铂则不同，硫化铂属于过渡金属硫族化合物，该类化合物因具备类似石墨烯分子间作用力结合的层状结构，被称为类石墨烯。

在具备大容量、高架空性的同时，硫化铂还拥有优异的光、电、磁等性能。与石墨烯相比，硫化铂拥有良好的内部结构稳定性、透光性和杂质较少的优点。此外，硫化铂还具备较宽的能量间隙和高可控性，这让硫化铂成为用于延续摩尔定律的最佳候选材料之一。值得一提的是，云南大学还成功地解决了二维材料面积狭窄、不易转移等难题。为硫化铂在日后的投产、商用提供了便利。

云南大学成功破冰硫化铂半导体材料，为国产集成电路、光电子等半导体产业开辟更宽广的应用器件开发提供了支持。为我们在芯片代工领域中开辟一种新的可行方法提供了前提。换句话说，硫化铂材料商用、投产的可能性很大，硫化铂材料很有可能成为我国在芯片代工领域中持平国外半导体技术的关键材料。

此外，与台积电在1纳米测试中试用的半金属铋元素相比，硫化铂的成本更低、产出效率更高、实际性能更优。这是因为铋矿本身储量小，提纯难度高，注入杂质缓冲粒子的过程慢。结合类石墨烯与硅芯片在极限性能上的差距，倘若硫化铂材料适用、投产成功，那么我们完全可以实现自主生产高端制程芯片的目标。

拿目前我国实现自主化生产的28纳米芯片来说，在同等28纳米制程的代工环境下，采用硫化铂生产的28纳米制程芯片，可以达到硅基芯片5纳米~2.8纳米之间的水平。而且性能和功耗也要优于5纳米、3纳米制程的硅基芯片。

硫化铂材料的出现，给大面积电子器件的发展提供了新的思路和借鉴，为未来半导体芯片拓展到金属硫族化合物领域提供了技术基础。目前相关研究成果发表在国际著名材料学术刊物《现代材料物理学》上。