芯片越来越小，性能越来越强，但半导体制造也正在接近物理极限。随着晶体管和内部线路不断缩小，传统材料逐渐难以满足下一代芯片对低功耗、高性能和稳定性的需求。
近日，新加坡国立大学（NUS）设计与工程学院（College of Design and Engineering, CDE）研究团队在先进半导体材料领域取得突破，开发出一种原子级厚度的非晶碳材料，可同时实现低介电绝缘和铜扩散阻挡功能。相关研究成果发表于国际学术期刊《Nature Electronics》，为未来芯片进一步微缩提供了新的材料方案。
芯片越来越小，传统材料面临新挑战
现代芯片内部包含大量晶体管，而连接这些晶体管的金属线路同样决定着芯片运行效率。随着芯片制造工艺不断缩小，线路之间的距离越来越近，也带来了新的技术难题。
一方面，线路距离缩短后，容易产生信号之间的相互干扰；另一方面，铜线路中的金属离子可能向周围材料扩散，影响芯片长期稳定运行。
因此，芯片制造需要一种更加先进的绝缘材料，既能够降低线路之间的寄生电容，又能够有效阻挡金属离子迁移。但传统低介电材料在极薄尺寸下往往难以保持稳定性能，这成为先进芯片继续微缩的重要瓶颈。
国大团队研发原子级碳材料，实现双重突破
针对这一挑战，新加坡国立大学设计与工程学院（CDE）材料科学与工程系 Barbaros Özyilmaz教授团队提出了新的材料设计方案。
NUS CDE研究团队成员检查用于制备超低介电常数非晶碳薄膜的UV激光辅助CVD设备。图中从左至右为Dr Artem Grebenko、Dr Alena Alekseeva和Barbaros Özyilmaz教授。图片来源：NUS College of Design and Engineering。 Özyilmaz教授长期从事先进材料、二维材料以及纳米电子器件相关研究，致力于探索新型材料在未来电子技术和半导体领域中的应用。该团队此次研发的新型非晶碳材料，厚度最低可达到约0.8纳米，同时具备超低介电常数和良好的绝缘性能。
NUS研究团队开发的原子级厚度非晶碳薄膜，可同时作为芯片超低介电绝缘层和铜扩散阻挡层，为先进半导体制造提供新的材料方案。
图片来源：NUS College of Design and Engineering。 研究显示，这种原子级厚度的非晶碳材料能够有效减少芯片内部线路之间的不必要信号干扰，同时阻挡铜离子扩散，使其能够同时承担绝缘层和保护层的功能。
相比传统需要多种材料分别完成不同任务的芯片结构设计，这种超薄碳材料有望帮助未来芯片制造进一步缩小尺寸，并提升电子器件的性能表现。
论文发表于《Nature Electronics》，探索下一代芯片制造未来
该研究由新加坡国立大学（NUS）设计与工程学院（College of Design and Engineering, CDE）材料科学与工程系 Barbaros Özyilmaz教授团队完成。
新加坡国立大学设计与工程学院材料科学与工程系Barbaros Özyilmaz教授，长期从事先进材料、二维材料以及纳米电子器件研究。
图片来源：National University of Singapore。 研究成果发表于国际学术期刊 《Nature Electronics》。
论文题目为：
Atomically thin amorphous carbon with an ultralow dielectric constant
论文围绕原子级厚度非晶碳材料展开研究。团队开发出的超薄碳膜厚度最低达到约0.8纳米，介电常数低至1.35，同时具备较强介电性能和金属离子阻挡能力，可满足未来先进半导体制造对于超薄绝缘材料的需求。
论文作者包括来自NUS设计与工程学院（CDE）、先进二维材料中心（Centre for Advanced 2D Materials, CA2DM）等研究机构的科研人员。其中，Dr Chee Tat Toh和Dr Artem Grebenko为共同第一作者。该成果展示了原子级材料在下一代芯片制造中的应用潜力，也为高性能、低功耗电子设备的发展提供了新的研究方向。
未来，研究团队将继续探索该材料的大规模制备能力以及与实际芯片制造流程的兼容性，推动实验室研究向实际应用方向发展。
📌 要点总结
✦NUS设计与工程学院Barbaros Özyilmaz教授团队开发原子级厚度非晶碳材料，为芯片微缩提供新的材料方案。
✦该材料兼具超低介电性能和铜扩散阻挡能力，有望帮助提升先进芯片结构性能。
✦研究成果发表于国际期刊《Nature Electronics》，为下一代半导体制造探索新的技术方向。
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