以二维晶体管为代表的二维电子器件及集成电路被认为是未来集成电路发展的重要方向，其中二维栅介质是决定二维电子器件性能和可靠性的关键因素。二维六方氮化硼（hBN）因其高介电强度、原子级平整度和良好化学稳定性等优势，被广泛用作二维电子器件的栅介质、绝缘衬底和封装层等，是目前最为关注的二维介电材料之一。此前研究表明，基于二维hBN的电子器件具有电荷杂质散射低、电子迁移率高、沟道工艺损伤小等多项优势。但是，由于二维材料极易弯曲变形，目前二维电子器件在加工或工作的过程中都不可避免地会在二维材料中引入机械应力。因此，应力对二维hBN栅介质性能会带来何种影响、二维hBN在应力或变形下介电强度如何变化等问题对于二维电子器件至关重要，但都仍是未知的问题。
近日，北京大学电子学院魏贤龙团队首次报道了二维hBN在机械应力下的介电强度弱化现象。利用原位电子显微学手段和微纳加工技术，该团队系统研究了机械应力对二维hBN介电性能的影响，发现机械应力会导致二维hBN的击穿电场强度降低（见图1）、击穿时间缩短、漏电流水平上升，并且其厚度越薄，上述介电强度弱化现象越显著。研究结果表明，机械应力是影响基于二维hBN的电子器件性能的重要因素，在加工和使用二维电子器件过程中应尽量避免在二维hBN中引入应力或形变。上述成果以《机械应力下六方氮化硼纳米片的介电强度弱化》 （Dielectric strength weakening of hexagonal boron nitride nanosheets under mechanical stress）为题，2025年8月29日在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。
图1 不同应力情况下不同厚度二维hBN的本征击穿电场强度（EBD）和出现显著漏电流的电场强度（ELC）
该论文的第一作者为电子学院博士生王炳杰，通讯作者为魏贤龙长聘副教授。北京大学电子学院为通讯单位。主要合作者包括北京大学电子学院陈清教授、北京大学工学院戴兆贺研究员、日本国立材料研究所Takashi Taniguchi和Kenji Watanabe教授等。
研究得到了国家自然科学基金资助，以及北京大学微纳加工实验室校级平台的支持。
论文原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63358-6
