CHINESE JOURNAL OF VACUUM SCIENCE AND TECHNOLOGY

     模拟电路是集成电路的基础，因而设计并改进模拟电路具有重要的意义。模拟电路设计的本质是在速度、增益、功耗、线性度以及噪声等多种因素之间进行折中设计，进而推动器件与电路的优化和性能提升。当前模拟电路普遍使用的是硅基材料，半个多世纪以来，硅基器件尺寸的不断微缩推动了集成电路的快速发展，然而，随着晶体管进入10纳米以下的技术节点，传统硅基器件严重的二级效应，使得硅基晶体管的模拟性能出现潜在问题，其中本征增益作为最重要的模拟指标会随着技术节点的缩小而降低，探索传统硅基器件以外的新器件结构或新沟道材料显得尤为重要。二维半导体具有原子级厚度的几何结构、允许极好的栅极静电控制、并且不受短通道效应的影响等特点，在器件尺寸微缩时，仍然能够维持模拟电路性能指标；此外，二维半导体大有效电子质量的特点直接降低了晶体管沟道关态电流，从而能够实现更低的静态功耗。因此二维半导体是未来模拟电子中有较大潜力的沟道材料之一。近日，中科院微电子研究所卢文栋、杨冠华、李泠等人在《真空科学与技术学报》上发表综述文章，该综述总结了基于二维半导体的模拟电路的最新研究进展。文章首先介绍了衡量模拟电路性能的重要指标，然后概述了基于二维半导体的单级放大器的实现、接触工程和互补技术，并进一步讨论了基于二维晶体管的复杂模拟电路，如电流镜、运算放大器、射频电路。文章最后阐述了基于二维晶体管的模拟电路的应用前景和面临的关键挑战。

单级放大器是模拟电路的最基本元件，目前基于单层二硫化钼的全N型和互补型单级放大器电路均已经得到验证。然而，二维半导体晶体管的一个关键挑战是在金属淀积的过程中，原子层的晶格极易被破坏，进而导致较差的金属-半导体接触界面；目前可以采用石墨烯代替金属作为电极和互联线的方法，静电掺杂的石墨烯具有可调的费米能级，能够实现与二硫化钼的功函数匹配，从而降低金属-半导体接触电阻。进一步地，基于二维半导体的复杂电路的研究也正在展开。运算放大器是模拟电路的基本模块，高性能运算放大器是开发复杂模拟电路的关键。目前，基于二维半导体的运算放大器性能已经能够与采用IGZO、有机半导体等其他半导体技术的放大器相比拟，并且大规模制造的运算放大器电路表现出良好的一致性；此外，基于二维半导体的电流镜电路、混频器以及环形振荡器的研究也都取得了初步进展。

尽管二维半导体在模拟电路应用中有着巨大潜力，但目前二维半导体的研究仍存在许多亟待解决的问题，未来的研究重点是如何完成从实验室到工业生产的过渡，实现高性能、高一致性器件的大规模生产；其次，由于二维半导体的本征原子结构，不易实现稳定的化学掺杂，因此需要探索更有效控制二维半导体极性的方法；此外，二维半导体与金属难以实现低接触电阻，也是实现高性能器件需要跨越的一大阻碍。这些相关问题阻碍了二维半导体的实际应用，但正通过产业界和学术界的共同努力去逐步解决。

中国科学院微电子研究所李泠研究员课题组目前已经形成年轻充满活力志同道合的科研团队，包括正研究员3人，副研究员3人，博士后3人。课题组在面向新型信息器件的载流子输运模型、器件紧凑模型与电路应用等方面有充分的积累，配备有国际先进的微电子集成技术实验室。课题组有广泛深入的国际合作，可以给学生提供联合培养与国际交流的机会。

   杨冠华，中科院微电子所博士后。2011年于西北大学电子科学与技术专业获学士学位，2013年于香港科技大学集成电路专业获硕士学位，2019年于中科院微电子所获微电子学与固体电子学博士学位，其中2013年至2015年在新诺普斯科技有限公司任模拟集成电路工程师。现为中科院微电子所博士后，主要研究方向为新型逻辑器件与集成，以第一作者或通讯作者发表IEDM，VLSI，Nature Comm.，IEEE EDL等会议和期刊论文6篇。获国家自然科学基金青年基金、中国博士后科学基金特别资助（站中）、中国科学院特别研究助理等项目资助。