随着电路变得越来越复杂和越来越薄，中国的研究人员正在解决如何创建有效的电流屏障的问题。

上海的研究人员发明了一种利用人造蓝宝石的半导体芯片绝缘体，这一发明最终可以延长智能手机的电池寿命。

研究人员在周三发表于同行评议期刊《自然》上的一篇论文中表示，这种原子厚度的蓝宝石薄膜可用于构建更高效的二维电路。他们表示，这一概念还具有可扩展性。

研究团队联合负责人之一狄增锋表示： “通过构建复杂的二维集成电路，二维材料的巨大潜力可以得到充分释放，并为下一代高性能电子设备奠定基础。”

传统芯片，也称为集成电路，具有在硅晶片基板上复杂、互连的结构。芯片内的晶体管调节电流，而由绝缘材料制成的介电层隔离各个导电层，以防止电流泄漏。介电层还可充当热屏障，帮助管理芯片内的热量分布。

随着芯片技术的进步，芯片中晶体管的数量不断增加，且排列更加紧凑。这种演变对绝缘材料提出了更高的要求，特别是当基材变得更薄并且接近二维时。

传统绝缘材料在减小到纳米厚度时往往会变得不那么有效，导致更高的功耗和产热，从而影响设备的稳定性和寿命。

为了解决这个问题，由中国科学院上海微系统与信息技术研究所集成电路材料国家重点实验室的狄建军和田子骁领导的研究团队开发出了一种由蓝宝石薄膜制成的介电层。

该团队培育了一块单晶铝晶片，然后在室温下插入氧原子，形成厚度仅为 1.25 纳米的单晶氧化铝——一层非常薄的人造蓝宝石。

研究人员表示，人造蓝宝石薄膜的生产具有可扩展性。照片：宣传单

田中科院网站发表声明称：“尽管这种薄膜是人工合成的，但它的晶体结构和绝缘性能堪比天然蓝宝石。”

然后将蓝宝石薄膜与二硫化钼二维基底（取代硅）结合，形成低功率晶体管阵列。结果表明集成电路的性能更佳。

中科院声明援引狄龙的话说：“这些阵列符合国际设备和系统路线图对未来低功耗芯片的标准，在耐用性和运行效率方面有显著提高，为高性能电子设备奠定了基础。”

研究人员表示，该方法简单易行，可轻松实现工业化生产。蓝宝石薄膜的制造技术和材料特性也与现有的硅基工艺兼容。

据论文称，该团队在 100 台设备中展示了薄膜出色的加工重现性和均匀性。

研究人员表示，这是将二维半导体材料应用于工业环境的一大步。

国家电视台中央电视台报道称：“这一进步不仅对延长智能手机电池寿命具有重大意义，而且还支持人工智能和物联网低功耗芯片的发展。”