针对新型芯片晶体管面临的材料与工艺瓶颈，研究团队成功制备出原子级厚度的硼碳氮（BCN）半导体材料，并实现了其在两英寸晶圆上的连续单层生长。该工艺采用低压化学气相沉积技术，在具有特定晶体取向的铜表面进行。通过控制含硼、含氮及含碳分子前驱体的不同反应速率，有效避免了碳原子过度聚集形成类石墨烯区域。在优化条件下，最终获得了覆盖整个晶圆的均匀BCN单层。
微观与光谱分析表明，碳原子以单原子或双原子形式嵌入氮化硼晶格中，且在测试区域内碳更倾向于取代氮而非硼。该薄膜厚度仅约0.5纳米。光谱测量测得其电子带隙约为1.90电子伏特，理论计算值约为1.92电子伏特，两者高度吻合，进一步印证了原子替代效应与材料p型导电特性之间的关联。
在器件测试环节，研究人员将BCN层转移至20纳米厚的氧化铪介质层上，并采用镍金电极制备了场效应晶体管。器件沟道尺寸为长1微米、宽5微米，在室温下稳定工作于p型模式。实测场效应空穴迁移率约为100平方厘米每伏秒，开启电流约为0.9毫安每微米沟道宽度。器件的开关电流比高达约1亿倍，阈值电压约为负0.45伏。高开关比对于降低晶体管关闭状态下的漏电损耗至关重要。
团队对来自三个独立生长批次的224个器件进行了全面测试，结果显示各位置处的电学性能分布较为均匀。与文献中已报道的二维材料p型半导体相比，该BCN器件的综合指标表现更优。研究也指出，由于不同研究的器件结构与测试条件存在差异，此类横向对比的参考价值仍有一定局限。
该成果实现了p型材料在晶圆尺度上的原子级厚度与高性能结合，但距离实际量产仍有差距。目前尚未演示由BCN与n型材料配合构成的完整互补逻辑电路，且后续仍需攻克更低生长温度、调控碳含量、电路集成以及规模化制造工艺等关键问题。团队已成功将单层BCN沉积于三维结构的二氧化硅硅基体上，为未来三维集成提供了可能性，但同样未达量产成熟度。若未来能可靠地将BCN与高性能n型材料匹配，有望补齐当前原子级厚度互补电子学中p型器件相对薄弱的环节。