在数字化浪潮中，芯片作为科技的基石，其性能的提升与晶体管的微型化息息相关。从微米到纳米，晶体管的不断缩小引领了计算能力的飞跃，为智能终端、航天探索及人工智能等领域注入了强劲动力。然而，随着晶体管尺寸逼近物理极限，硅基材料的局限性愈发显著，寻找新型材料以突破这一瓶颈，成为了半导体行业面临的重大挑战。
近期，印度理工学院甘地讷格尔分校与美国宾夕法尼亚州立大学的联合研究，为这一难题带来了新希望。研究团队聚焦于二维材料，成功将二硼化钛转化为稳定的纳米片，并验证其作为原子级薄晶体管栅极绝缘体的潜力，这一成果在《ACS Nano》期刊上发表，引起了业界的广泛关注。
栅极绝缘体，这一在晶体管中看似不起眼的角色，实则扮演着调控电流、决定器件性能的关键作用。随着晶体管尺寸的微缩，传统栅极绝缘体材料如二氧化硅，因漏电问题而面临淘汰。因此，寻找兼具超薄与高性能的新型栅极绝缘体，成为了业界亟待解决的问题。
印度理工学院甘地讷格尔分校的Kabeer Jasuja教授指出，二维材料因其原子级厚度，为器件微型化提供了天然优势，但对栅极绝缘体的要求也更为严苛。既要足够薄以匹配二维材料，又要具备足够的物理厚度以有效调控电流。而二硼化钛纳米片的出现，为这一难题提供了新解。
二硼化钛，一种常用于耐磨涂层和电极材料的过渡金属硼化物，通过研究团队的创新室温处理工艺，成功转化为原子级薄的纳米片。这一工艺不仅降低了制备成本，还避免了高温加工带来的材料缺陷。经过处理的二硼化钛纳米片，展现出卓越的介电性能，其介电常数远高于传统二氧化硅，且缺陷密度极低，有效抑制了漏电现象。
实验数据显示，基于二硼化钛纳米片的晶体管开关比达到了10⁶以上，接近理想器件水平，且在长时间连续工作后仍能保持稳定。这一突破不仅为二维晶体管提供了一种新型栅极绝缘体，更拓展了硼化物材料在电子领域的应用边界。
此次研究的成功，得益于印度理工学院甘地讷格尔分校与美国宾夕法尼亚州立大学的深度合作。印度团队负责材料的合成与表征，开发出高效的室温制备工艺；美国团队则专注于器件设计与性能测试，完成了纳米片在晶体管中的集成与验证。这种跨学科、跨国界的合作模式，加速了基础研究向应用转化的进程。
