以二維晶體管為代表的二維電子器件及集成電路被認為是未來集成電路發(fā)展的重要方向，其中二維柵介質是決定二維電子器件性能和可靠性的關鍵因素。二維六方氮化硼（hBN）因其高介電強度、原子級平整度和良好化學穩(wěn)定性等優(yōu)勢，被廣泛用作二維電子器件的柵介質、絕緣襯底和封裝層等，是目前最為關注的二維介電材料之一。此前研究表明，基于二維hBN的電子器件具有電荷雜質散射低、電子遷移率高、溝道工藝損傷小等多項優(yōu)勢。但是，由于二維材料極易彎曲變形，目前二維電子器件在加工或工作的過程中都不可避免地會在二維材料中引入機械應力。因此，應力對二維hBN柵介質性能會帶來何種影響、二維hBN在應力或變形下介電強度如何變化等問題對于二維電子器件至關重要，但都仍是未知的問題。

近日，北京大學電子學院魏賢龍團隊首次報道了二維hBN在機械應力下的介電強度弱化現(xiàn)象。利用原位電子顯微學手段和微納加工技術，該團隊系統(tǒng)研究了機械應力對二維hBN介電性能的影響，發(fā)現(xiàn)機械應力會導致二維hBN的擊穿電場強度降低（見圖1）、擊穿時間縮短、漏電流水平上升，并且其厚度越薄，上述介電強度弱化現(xiàn)象越顯著。研究結果表明，機械應力是影響基于二維hBN的電子器件性能的重要因素，在加工和使用二維電子器件過程中應盡量避免在二維hBN中引入應力或形變。上述成果以《機械應力下六方氮化硼納米片的介電強度弱化》(Dielectric strength weakening of hexagonal boron nitride nanosheets under mechanical stress) 為題，2025年8月29日在線發(fā)表于《自然·通訊》(Nature Communications)。

圖1 不同應力情況下不同厚度二維hBN的本征擊穿電場強度（EBD）和出現(xiàn)顯著漏電流的電場強度（ELC）

該論文的第一作者為電子學院博士生王炳杰，通訊作者為魏賢龍長聘副教授。北京大學電子學院為通訊單位。主要合作者包括北京大學電子學院陳清教授、北京大學工學院戴兆賀研究員、日本國立材料研究所Takashi Taniguchi和Kenji Watanabe教授等。

研究得到了國家自然科學基金資助，以及北京大學微納加工實驗室校級平臺的支持。

論文原文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41467-025-63358-6