到目前为止，硅一直是制造集成电路（IC）和其他电子组件的主要材料。但是，近来，研究人员一直在尝试寻找可以在电子应用中替代硅的新型高迁移率半导体，因为在计算效率和生产速度方面，硅似乎已接近极限。

过去的研究已经探索了两种不同类型的材料的潜力，即块状材料（例如硅锗）和低维纳米材料（例如1-D碳纳米管，2-D过渡金属二卤化物）。尽管这些材料中的某些已被证明是硅的有前途的替代品，但它们通常会因缺少高质量的天然氧化物作为介电材料而受苦，这可能会大大限制它们与其他电子组件的兼容性。

北京大学的研究人员最近发现了一种新的本征氧化物高k栅极电介质，该电介质可用于解决半导体的兼容性问题，这些半导体有可能在电子制造中替代硅。这种新的电介质发表在《自然电子》上的一篇论文中，是他们在从事其他研究项目时意外发现的。

早在2016年，研究人员就完成了一项研究2-D Bi 2 O 2 Se 品质的研究。吴进雄是进行实验的学生之一，现在是南开大学的教授。当他意识到材料的纳米板逐渐变得几乎透明时，他试图用空气等离子体清洁Bi 2 O 2 Se 的表面。

监督这项研究的研究员彭海林告诉TechXplore：“在如此低的等离子体功率下，极不可能吹走样品。” “因此，我意识到必须发生化学反应，并且该反应的产物带隙比Bi 2 O 2 Se 宽得多。当我们完成第一个2-D Bi 2 O 2 Se计划后，我问我的另一个学生滕T研究了2-D Bi 2 O 2 Se 热氧化后的化学反应。她发现最终产物是Bi 2 SeO 5，并且经过艰苦的工作才能够确定Bi 2 SeO 5可以与下面的Bi 2 O 2 Se 形成均匀且原子清晰的界面。”

最初，彭和他的同事认为他们只是发现了一个有趣的新化学反应。当另一位研究人员李天然加入该项目并开始进行大量的器件制造和电气测量时，他们意识到Bi 2 SeO 5可能是一种极好的栅极电介质，因为它具有极高的介电常数和低泄漏当前。这一认识导致了新的研究，旨在制造有史以来第一个类似于热SiO 2的天然氧化物栅极电介质。

彭说：“坦白说，制造类似于热SiO 2的天然氧化物栅极电介质并不像看起来那样容易。” “我们花了将近两年的时间来优化整个过程，但是我们很高兴地发现Bi 2 SeO 5在许多方面都比ALD HfO 2或热SiO 2具有更好的性能。”

在他们的研究中，Peng和他的同事使用原生的Bi 2 SeO 5作为2-D Bi 2 O 2 Se通道的顶栅，以创建高性能的场效应晶体管和反相器电路。与常规电路相比，这些电路在电压上表现出可观的增益。此外，新发现的材料的高介电常数将等效氧化物厚度减小至0.9 nm，并保持低于热SiO 2的栅极泄漏。

彭说：“我相信我们的发现可以以不同的方式激励研究人员。” “对于材料科学家来说，这项工作展示了除了范德华斯积分之外还可以制造高质量二维异质结的另一种方法。实际上，将表面转变为不同的材料似乎比范德华斯积分更可扩展且更方便地构造异质结我们的工作还证明了这种原位异质结的质量可能很高。”

Peng及其研究小组确定的新型本机氧化物高k栅极电介质可证明对电子制造非常有价值。实际上，高迁移率二维材料及其高k本征氧化物栅极电介质的集成可以为探索二维集成电路在下一代集成电路中的潜力提供新的机会。

彭说：“我一直在研究二维材料超过15年，坚持一个原则—做一些有用的事情。” “例如，我们小组在铜上合成了超扁平单晶石墨烯晶圆，并设计了用于批量合成和转移此类石墨烯晶圆的专用设备，我认为这对于先进的电子工业至关重要。我们还针对2-D进行了广泛的研究Bi 2 O 2 Se，因为它体现了原子厚度，高迁移率，空气稳定性以及高k本征氧化物，因此使其最适合所有现有的2-D半导体中的下一代电子工业。”

研究人员收集的发现表明，他们发现的新发现的Bi 2 O 2 Se / Bi 2 SeO 5系统可能是许多电子元件中理想的硅替代品。此外，其他包含Se或Te的2-D材料可能具有相似的匹配优质天然氧化物，可以在以后的研究中确定。Peng和他的同事现在将进一步检查Bi 2 O 2 Se / Bi 2 SeO 5系统的潜力，并进行与二维电子学有关的附加研究。

彭说：“我们计划在各种电子设备中使用Bi 2 O 2 Se / Bi 2 SeO 5系统，例如忆阻器，浮栅存储设备和隧道设备。” “最终，我们希望构建一个基于Bi 2 O 2 Se / Bi 2 SeO 5系统的器件库，并将这些器件作为SOC组合在一起。有时，我们可能会在该库中引入其他新颖的材料，但是我们将始终坚持二维电子技术。”