近日，浙江钱塘高等研究院量子材料实验室理论计算团队携手中科院物理所、松山湖材料实验室等合作单位，运用多尺度仿真模拟了不同氧空位浓度与HfO₂介电层电子结构的相互作用关系，结合实验通过工业兼容的多重氧化原子层沉积工艺，突破了多项关键性能指标，并成功将其应用于二维二硫化钼场效应晶体管中。

该研究团队通过分子动力学构建了非晶相HfO₂薄膜结构，并结合第一性原理DFT模拟分析了氧空位对HfO₂介质层能带结构调控作用，结果显示降低氧空位浓度能够有效提高HfO₂介质层的能带带隙，减少缺陷态形成击穿通道的概率；表明降低氧空位浓度是有效恢复 HfO₂击穿强度、增强介质性能的关键。基于此，实验上开发的多重氧化原子层沉积新工艺通过臭氧和氧等离子体的交替氧化，将氧空位浓度从传统工艺的 25.7% 降至近乎忽略不计的水平，成功制备出了EOT低至2.5 Å的高质量氧化铪（HfO₂）介电层薄膜。基于该薄膜层，同时并完成了性能优越的HfO₂/MoS₂场效应晶体管制作。此项研究印证了计算模拟对先进材料研发的赋能价值，成果标志着我国先进栅介质与2D半导体集成技术达到新高度，为开发高能效、高集成度芯片提供了关键技术支撑。

该项研究由中科院物理所张广宇、浙江钱塘高等研究院冼乐德和松山湖材料实验室李娜合作展开，相关成果已于2026年1月20日发表在《自然·通讯》杂志（https://doi.org/10.1038/s41467-026-68584-0）。