经过数十年发展，半导体工艺制程已逐渐逼近亚纳米物理极限，传统硅基集成电路难以依靠进一步缩小晶体管面内尺寸来延续摩尔定律。发展垂直架构的多层互连CMOS逻辑电路以实现三维集成技术的突破，已成为国际半导体领域积极探寻的新方向。在2023年12月美国旧金山召开的国际电子器件会议（IEDM）中，三星、台积电等半导体公司争相发布相关研究计划。

       由于硅基晶体管的现代工艺采用单晶硅表面离子注入的方式，难以实现在一层离子注入的单晶硅上方再次生长或转移单晶硅。虽然可以通过三维空间连接电极、芯粒等方式提高集成度，但是关键的晶体管始终被限制在集成电路最底层，无法获得厚度方向的自由度。新材料或颠覆性原理因此成为备受关注的重要突破点。

       近日，必赢线路检测3003no1周武课题组与山西大学韩拯课题组、辽宁材料实验室王汉文课题组、中山大学候仰龙课题组、中国科学院金属所李秀艳课题组等合作，提出了一种全新的基于界面耦合的p型掺杂二维半导体方法。该方法采用界面效应的颠覆性路线，工艺简单、效果稳定，并且可以有效保持二维半导体本征的优异性能。在此基础上，该研究团队利用垂直堆叠的方式制备了由14层范德华材料组成、包含4个晶体管的互补型逻辑门NAND以及SRAM等器件（如图1所示）。这一创新方法打破了硅基逻辑电路的底层“封印”，基于量子效应获得了三维（3D）垂直集成多层互补型晶体管电路，为后摩尔时代未来二维半导体器件的发展提供了思路。

图1. 二维半导体垂直3D集成互补型逻辑电路SRAM原型器件的实现。

       利用低电压球差校正扫描透射电镜，该研究团队对由14层范德华材料组成的NAND器件的截面结构进行了原子尺度的深入表征。分析结果表明，器件关键组分MoS₂、CrOCl与hBN层之间具有原子级清晰的界面，相应的电子能量损失谱化学成像进一步证实了这一结论（如图2所示）。密度泛函理论计算揭示了这种界面耦合诱导的极性反转源于过渡金属硫族化物（TMD）材料向CrOCl的电荷转移以及伴随的电子间相互作用。该掺杂策略预期可广泛适用于TMD材料与具有高功函数的层状绝缘体之间的界面，有望推动半导体电路先进三维集成的进一步发展。

图2. 包含14个范德华材料层的三维集成逻辑电路的原子尺度结构分析。

       该研究成果以“Van der Waals polarity-engineered 3D integration of 2D complementary logic”为题于2024年5月29日在Nature杂志在线发表。中国科学院金属所郭艺萌、中国科学院金属所李江旭、山东大学詹学鹏、必赢线路检测3003no1王春雯、上海科技大学李敏为论文共同第一作者。中国科学院金属所李秀艳研究员、中山大学侯仰龙教授、必赢线路检测3003no1周武教授、辽宁材料实验室王汉文副研究员、山西大学韩拯教授为论文的共同通讯作者。北京大学王润声教授和王子瑞同学在TCAD仿真方面给予了支持，山西大学张靖教授和秦成兵教授在测试方面给予支持，北京大学叶堉教授为本工作提供了CrOCl晶体和测试的协助，上海科技大学刘健鹏教授为本文DFT计算提供了支撑。该研究得到科技部纳米科技重点专项、国家自然科学基金、沈阳材料科学国家研究中心、辽宁材料实验室、山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室、北京高校卓越青年科学家计划项目、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划和必赢线路检测3003no1电子显微学实验室等的资助。

点击查看视频：基于量子效应的新原理二维半导体掺杂与三维垂直集成

原文链接：  https://www.nature.com/articles/s41586-024-07438-5

     为提升必赢线路检测3003no1对外影响力，促进必赢线路检测3003no1，激发学生的科研兴趣，本学期必赢线路检测3003no1于2024年5月29日晚上在雁栖湖校区教二楼118教室，继续开展科学前沿系列必赢线路检测3003no1活动。香港科技大学的潘鼎教授受邀为研究生作题为《第一性原理统计力学计算在交叉学科中的发展和应用》的报告，必赢线路检测3003no1张余洋副教授及50余位同学共同聆听了本次讲座。

      潘鼎教授首先以Feynman的名言“all things are made of atoms”出发，介绍了第一性原理的内涵，接着分别从化学、地球科学、高性能计算和人工智能四个方向，举例说明了第一性原理计算在各个交叉领域的重要发展和应用，以及对人类可持续发展的重要意义。报告重点展示了第一性原理分子动力学研究含碳水溶液在高温高压和纳米受限条件下的化学反应，并揭示这些研究对地球深部碳循环和CO₂矿化反应的重要意义。此外，潘鼎教授向我们展示了如何借助当前快速发展的有监督的机器学习技术，计算水的介电性质，并改进地球化学中水与岩石相互作用模型。最后，报告介绍了最新发展的第一性原理马尔科夫模型，借助无监督的机器学习技术探索超临界水溶液中复杂的化学反应。

       潘鼎教授的报告十分精彩，语言风趣幽默，让所有听众受益匪浅。报告结束后，不少学生即时提问，潘鼎教授耐心地逐一回答，与学生进行了充分交流。本次报告进行了一个小时。这次的必赢线路检测3003no1活动紧密团结了学院的各位老师和学生，促进了科教融合。

       潘鼎现为香港科大物理系和化学系双聘副教授。他于中国科学技术大学少年班学院00班获得物理学学士学位，在中国科学院物理研究所获博士学位，曾在德国马普学会Fritz-Haber所、英国伦敦大学学院、美国加州大学戴维斯分校和芝加哥大学学习工作。潘教授的研究组长期专注于开发和应用高性能的第一性原理和机器学习算法，研究水科学、碳循环和清洁能源等与可持续发展相关的基础物理和化学问题。于Nature, Nature Materials, Nature Communications, Science Advances和PNAS等著名期刊发表文章46篇。自加入香港科大，潘教授先后荣获香港裘槎麦德华前瞻科研大奖、美国斯隆基金会深部碳循环新兴领袖奖、国家自然科学基金优秀青年科学基金（港澳）和香港科大理学院研究奖。

       2024年5月25日18:00，必赢线路检测3003no12023级303&304党支部在雁栖湖校区学园二-114教室召开主题党日活动暨党纪专题党课。本次会议由党支部书记阳丽萍同志主持。

       会议第一项，阳丽萍同志向党员们讲党纪专题党课，讲解了中国共产党纪律建设的历史沿革过程。阳丽萍同志指出，从1922年7月党的二大通过第一个党章，专门将“纪律”列为一章，规定了中央机构职权划分及党的纪律规则、审批权限等内容，到2012年11月16日，在党的十八大闭幕后不久，习近平总书记就撰写发表了《认真学习党章 严格遵守党章》的重要文章，强调“党章就是党的根本大法，是全党必须遵循的总规矩。”回顾党的发展历程，我们党由弱小到强大，从苦难到辉煌，历经磨难考验，千锤百炼还坚韧，一个重要法宝就是不断加强纪律建设，靠严明的纪律和规矩管党治党。

       会议第二项，阳丽萍同志带领支部全体党员学习了《中国共产党纪律处分条例》。党员们以党小组为单位，通过小组抽签和小组间相互问答的形式，加深对《中国共产党纪律处分条例》内容的理解，加强了党纪学习教育活动的参与度。

       会议第三项是开展 “讲纪律、促攻坚”大讨论。党员们以党小组为单位，踊跃发言，积极讨论，分享了自己心中理想的思政课程和课程思政教育的模式。其中，第二党小组的党员们认为，思政课程除了课堂上的讲解，可以结合课程实际，带领学生前往相关爱国主义教育基地进行实地考察，增强学生的体验感，陶冶道德情操，弘扬爱国主义精神，厚植爱国主义情怀。

       通过此次活动，全体党员进一步增强了纪律意识，对新修订的《中国共产党纪律处分条例》的内容有了更加深刻的认识和理解。