近日，上海大学理学院物理系邢凯健副教授、尹鑫茂教授团队，在二维电子器件介电材料研究方面取得重大突破。研究团队将具有金刚石式sp^3键合碳骨架的氟化二维类金刚石（F-diamane）引入二维电子器件，系统验证了其优异的介电性能、散热性能和与不同二维材料的界面兼容性。论文以“Robust van der Waals Diamond-like Dielectric for Two-Dimensional Electronics”为题，以上海大学为第一单位，发表于国际著名出版社 Cell旗下子刊《Matter》。上海大学邢凯健副教授为该论文第一作者。
二维晶体管微缩面临界面缺陷、载流子散射与局部热积累等多重挑战，严重阻碍了二维材料从实验室走向实际应用。传统高介电氧化物易引入界面缺陷，而六方氮化硼（hBN）介电常数偏低。开发兼具高介电常数、高击穿场强、高热导率与良好范德华界面的二维绝缘介质，是突破当前材料瓶颈的重中之重。研究团队关注到一种具有类金刚石内部结构的氟化二维类金刚石材料（F-diamane）。与人们熟悉的块体金刚石不同，这种材料能够形成超薄片层，并与其他二维半导体材料紧密结合。研究表明，它既能为芯片提供可靠的绝缘保护，也具备良好的电场调控与热传导能力。其中，该材料的介电常数约为二维电子学常用绝缘材料六方氮化硼的三倍，同时表现出优异的耐高电场能力和散热性能。这意味着F-diamane 实现了高介电、高击穿与高散热的完美结合，为高性能二维器件提供了理想的多功能范德华栅介质。
本研究将氟化二维类金刚石从结构与物性研究推进到实际电子器件验证，展示了类金刚石碳材料在超薄介电层、低功耗晶体管、非易失存储和器件热管理等方向的应用前景，推动其由实验室器件向更大规模电子系统迈进。
邢凯健副教授长期从事低维材料物性、电子器件与新型集成技术研究，于2025年获上海市海外高层次人才支持，并加入由上海大学尹鑫茂教授领衔的量子材料新物态与器件创新研究团队。本次《Matter》论文与此前发表于《Nature Photonics》的片上可编程谷光电子纳米电路成果相呼应，从功能材料、电子器件和光电信息集成等不同层面拓展了二维材料的应用研究。尹鑫茂团队在物理系搭建了二维电子材料制备与测试平台，可以实现不同环境下的二维材料堆叠，及后续的极端条件下的物性测量、电学测量。团队围绕低维材料物性调控、量子功能器件及后摩尔时代新型集成电路开展研究。同时团队在物理系搭建起3种不同能量范围的椭圆偏振光谱，并结合高能同步辐射光谱测量，在上海大学实现了首创的宽波段光谱先进技术，用以测量不断涌现的新型量子材料的特性。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.103059
