高k栅极电介质与二维（2D）半导体沟道材料的集成对于高性能和低功耗电子产品至关重要。然而，在高迁移率的2D半导体上，具有小于1 nm等效氧化物厚度（EOT）和高界面质量的均匀高k电介质的共形沉积仍然具有挑战性。
近日，北京大学彭海琳教授，得克萨斯大学奥斯汀分校Keji Lai报道了一种在室温下使用O2等离子体在具有高迁移率的二维半导体Bi2O2Se上合成均匀的高k（εr〜22）非晶态天然氧化物Bi2SeOx（x~5）的简便方法。
文章要点
1）层状Bi2O2Se的晶体结构由带正电的Bi2O2骨架组成，这些骨架由共价键和带负电的硒层组成。在室温O2等离子体处理过程中，层状Bi2O2Se表面逐渐转变为无定形氧化膜。
2）利用TEM研究了二维Bi2O2Se经O2等离子体处理后的结构演变。通过控制反应时间，二维Bi2O2Se纳米板可以部分氧化成非晶态的Bi2SeOx层，从而形成Bi2SeOx/Bi2O2Se异质结构。氧化完成后，衍射点最终在快速傅立叶变换（FFT）图像中消失，表明最终产物为非晶相或非常细小的晶体结构。
3）共形天然氧化物可以直接作为栅极电介质，其EOT约为0.9 nm，同时保持了2D Bi2O2Se的原有特性。此外，研究人员实现了Bi2O2Se的高分辨率面选择氧化，以制造分立电子元器件。
这种高迁移率2D半导体与其高k自然氧化物的便捷集成为下一代纳米电子学带来了极大的希望。
Teng Tu, et al, Uniform high-k amorphous native oxide synthesized by oxygen plasma for top-gated transistors, Nano Lett., 2020
DOI：10.1021/acs.nanolett.0c02951
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c02951
