为了避免硅基平面场效应晶体管因为尺寸减小带来的短沟道效应等缺陷，鳍式晶体管（FinFET）将沟道和栅极制备成类似于鱼鳍（Fin）的竖直形态。受制于微纳加工精度，FinFET的沟道宽度目前最小约3-5 nm。为进一步提高集成度，中科院金属研究所韩拯研究员（现任职于山西大学）、孙东明研究员与湖南大学刘松教授等人将传统硅基FinFET中的硅基沟道替换为单层二维原子晶体，首次演示了可阵列化、垂直单原子层沟道的鳍式场效应晶体管。

20世纪40年代以来，以微电子技术为主导的信息技术革命极大推动了科学技术的发展和社会的变革。过去几十年来，微电子技术产业沿摩尔定律取得了突飞猛进的发展，按照摩尔定律的预测，集成电路可容纳晶体管数目大约每两年增加一倍。目前集成电路中可实现的最小加工尺寸为3-5 nm。但随着集成电路特征尺寸逼近工艺和物理极限，进一步缩小晶体管器件特征尺寸极具挑战。

基于上述背景，韩拯教授等人团队设计了高~300 nm的硅晶体台阶模板，采用Bottom-up的生长制备方法使二维原子晶体替代硅基Fin，将FinFET的沟道材料宽度减小至单原子层极限的亚纳米尺度（0.6 nm），得到单原子层沟道的FinFET器件电流开关比达10^7，亚阈值摆幅达300 mV/dec。同时，获得了最小间距为50 nm的单原子层沟道鳍阵列，为后摩尔时代的场效应晶体管器件的发展提供了新方案。

左：MOFET场效应晶体管的几种构型；右：单原子层极限沟道FinFET。

相关研究成果于2020年3月5日以“A FinFET with one atomic layer channel”为题发表在Nature Communications上。陈茂林博士、孙兴丹博士和刘航硕士为论文共同第一作者，韩拯教授、孙东明研究员、刘松教授和董宝娟讲师为共同通讯作者。

2007年在吉林大学物理系获得学士学位；

2010年在中国科学院金属研究所获得硕士学位；

2013年9月在法国NEEL研究所获得纳米电子学与纳米技术博士学位；

2014年至2015年在美国哥伦比亚大学物理系从事博士后研究；

2015年9月至2019年12月在中科院金属研究所任研究员、课题组长；

2020年至今 在山西大学光电研究所任教授、博士生导师；沈阳材料科学国家研究中心兼聘研究员。

韩拯教授坚持在介观器件的微纳结构创新、功能调控创新两个方向深耕，在领域内取得了标志性、系统性的科研成果，展示了多种具有新型复合调控功能的原型介观器件；揭示了多个电场调控介观体系物理性能的机理。

自回国独立开展研究工作以来，韩拯团队以通讯作者在Nature Nanotechnology（1篇）、Nature Communications（3篇）、 Science Advances（1篇）、Advance Materials（1篇）发表研究成果。截止目前发表SCI论文40余篇，美国授权专利1项，中国授权专利1项。曾获得法国C'nano Prix de These论文奖、沈阳市高层次杰出人才、中科院沈阳分院第五届优秀青年科技人才等荣誉。

韩拯教授近年来应邀为Nature Nanotechnology、Nature Electronics等杂志审稿，担任Journal of Semiconductors杂志和Semiconductor Science and Information Devices杂志编委。目前承担或合作承担国家高层次人才计划、国家自然科学基金委青年基金、国家自然科学基金委面上项目、科技部重点研发项目、基金委重大设备研制等项目。

详情请点击论文链接: https://www.nature.com/articles/s41467-020-15096-0