近日，南京理工大學材料學院曾海波、陳翔教授團隊在后摩爾時代芯片關鍵溝道材料研究領域取得重大突破，成功開發出高性能二維P型半導體材料β-Bi2O3。相關成果發表在國際頂級期刊《Nature Materials》（影響因子37.2）上面。

隨著硅基晶體管尺寸的持續微縮，摩爾定律正逼近其物理極限。傳統硅基半導體技術所面臨的“短溝道效應”和“功耗激增”等瓶頸問題愈發嚴峻。該校材料學院曾海波、陳翔教授團隊為此將研究聚焦于目前已知的“非層狀”晶體材料——這一材料科學領域待挖掘的“金礦”。針對二維非層狀材料的各向異性生長和空穴遷移率提升的挑戰，團隊采用鹽-氧輔助化學氣相沉積（CVD）方法，結合獨特的氣-液-固-固（VLSS）生長機制，在SiO2/Si襯底上成功制備出原子級薄（<1 nm）、高質量的非層狀二維β-Bi2O3晶體，突破了非層狀金屬氧化物在二維高質量、超薄、原子級表面平整以及優異P型晶體管性能方面的瓶頸，成功實現了室溫下空穴遷移率136.6 cm2V-1s-1、電流開關比1.2 × 108的二維P型β-Bi2O3場效應晶體管，其性能為迄今報道的二維非層狀半導體中最佳的P型晶體管性能。此外，通過研究揭示該材料的P型特性源于Bi 6s26p3軌道與O 2p4軌道在M點價帶頂處的強亞軌道雜化作用。這一原創性工作不僅為開發豐富的二維非層狀材料“金礦”提供了重要參考，更使二維β-Bi2O3成為未來電子學領域極具潛力的候選材料。