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编辑 | 萝卜皮

虽然缩小场效应晶体管的尺寸对于提高计算效率是非常有效，但当接近纳米级时，Si/SiO2 界面处的量子隧穿会带来新的问题。

复旦大学的研究团队现在开发了一种基于机器学习的全局搜索方法，揭示了来自数千个候选接口的所有可能的 Si/SiO2 界面结构。发现两个高米勒指数 Si（210）和（211）界面的周期性仅为 ∼1  nm，具有良好的载流子迁移率、低载流子俘获和低界面能。这一结果为制造用于下一代晶体管的阶梯式硅表面提供了基础。

该研究以「Smallest Stable Si/SiO2 Interface that Suppresses Quantum Tunneling from Machine-Learning-Based Global Search」为题，于 2022 年 6 月 3 日发布在《Physical Review Letters》。

在过去的几十年里，工程师们一直在努力维护摩尔定律，大约每两年将可以放置在集成电路上的晶体管数量忠实地增加一倍。但是由于物理定律，这些努力正处于失败的边缘——尤其是那些与降低性能的量子隧道有关的定律。
更具体地说，用于将芯片（接口）上的栅极与通道分开的材料已经变得非常薄，以至于电荷载流子可以通过量子隧穿来摆动。

图示：场效应晶体管（FET）的结构。（来源：论文）

在这项最新的研究中，复旦大学的研究人员寻求能够最大限度地减少这种隧道效应的稳定配置，从而允许摩尔定律至少持续一段时间。这项工作涉及研究隧道如何受到给定界面结构的影响。

研究人员发现，构成界面的材料配置对量子隧穿的程度起着重要作用。然后，他们使用机器学习应用程序研究了大约 2,500 个结构作为可能的候选接口配置替代品。他们发现 40 种配置似乎比目前使用的配置提供了更好的选择。

他们发现，其中只有 10 个能量稳定。对 10 种候选配置的测试表明，只有两人能够抑制隧道效应。他们建议这两种配置可用于集成电路设计和生产，以允许在芯片上使用更多晶体管，这实际上允许创建更小的设备。

研究人员接下来计划重新集中精力，看看其他晶体管材料是否可能更适合用于下一代集成电路。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.226102

相关报道：https://phys.org/news/2022-06-machine-narrow-possibilities-quantum-tunneling.html