随着电子设备不断小型化、性能要求不断提升，芯片内晶体管数量不断增多、尺寸不断缩小，然而当传统介电材料厚度降低至纳米级时，其绝缘性能将大幅下降，导致电流通过，这不仅增加了芯片的能耗，还会导致发热量上升，影响设备的稳定性和使用寿命。
为了解决这一问题，中科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狄增锋研究员团队研发出创新的金属插层氧化技术，形成二维低功耗芯片的蓝宝石晶体介质。这一突破性进展显著提升了芯片的能效。2024年8月7日，这一突破性成果发表在国际学术期刊《自然》上。
二维半导体材料是下一代集成电路芯片的理想材料，目前，三星正致力于将二维半导体材料应用于高频低功耗的芯片制造；台积电则在研究如何将二维半导体材料融入现有的半导体工艺中，用于提升晶体管的性能、降低功耗；欧盟通过《欧洲芯片法案》，联合比利时微电子研究中心建设了欧洲首条二维半导体材料中试线。
邸增锋团队研发的金属插层氧化技术，可以在室温下精准控制氧原子逐层嵌入铝晶格中，形成有序的单晶氧化铝介电材料——蓝宝石。无序的结构会导致其在极薄的层面上绝缘性能大幅下降，蓝宝石的单晶结构不仅带来更高的电子迁移率和更低的电流漏率，还能保证电子在传输过程中的稳定性。即便厚度只有1纳米，依然可以有效防止电流泄漏，从而大幅提升芯片的能效。
该材料目前已成功应用于半导体芯片制造过程中，与二维材料结合制作出低功耗芯片器件，大幅提升电池寿命和运行效率。
这一进展不仅对智能手机的续航具有重要意义，也为人工智能、物联网等领域的低功耗芯片发展提供了有力支撑。随着5G、边缘计算、智能家居等新兴技术的发展，对低功耗、高性能芯片的需求日益增加。该技术具有广阔的应用前景，可助力下一代智能设备的普及。
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