用無機二硫化鉬製造二維電晶體

半導體研究領域正在不斷探索具有增強特性的材料。瑞士洛桑聯邦理工學院的研究人員Andras Kis在《自然》雜誌上撰文，講述了他的團隊如何在單層無機二硫化鉬（MoS₂）的基礎上創造出一種二維電晶體。

摩爾定律規定，半導體上的電晶體數量將每兩年翻一番。為了追求這一目標，半導體中使用的材料不斷變薄。一種材料能有多薄是半導體設計中的一個關鍵問題。解決這個難題將為該行業的未來提供資訊，提供創新技術，幫助該行業向前邁進一大步，解決半導體設計的限制。

Andras Kis在瑞士EPFL的小組開始探索製造二維半導體。這些薄膜是從塊狀晶體中剝離出來的。顯微鏡用品市場銷售鉬礦，這是一種由MoS₂組成的礦物，外觀與石墨相似。

使用這種材料製造電晶體是具有挑戰性的，早期的一個挑戰是需要找到一種合適的接觸材料。到2009年底，在解決這一困難方面取得了進展，當時使用五到六層厚的二硫化鉬的電晶體來常規生產。這些早期的電晶體顯示出六個數量級的電流調製。然而，單層電晶體仍然面臨著噪音和電阻的問題。

這一點通過使用原子層沉積系統來逐層沉積絕緣材料，該系統由Aleksandra Radenovic開發。為了進一步探索對空氣和濕氣的保護，並遮罩二維材料的雜質，該團隊研究了氧化鉿的應用。這比研究小組的預期效果要好。

該團隊的第一代單層電晶體裝置顯示出更強的電氣特性和性能。電流和電阻顯示出明顯的改善，觀察到開/關電流比超過1x10⁸。

與此同時，加州大學伯克利分校、都柏林三一學院和哥倫比亞大學的研究小組也在研究二硫化鉬的特性和製造方法。這些小組進行的研究結果為該領域提供了一些重大進展。

首先，伯克利大學和哥倫比亞大學的研究小組展示了單層硫化鉬因其帶隙而表現出的光致發光。都柏林三一學院的團隊開發了一種液相剝離工藝，以大規模生產二硫化鉬以及其他二維單層材料。這些研究結果與二維單層二硫化鉬電晶體的製造一起，為該領域的擴展鋪平了道路。

二維電晶體對半導體行業是革命性的，這些原子般薄的器件有可能使電晶體在眾多的設備中持續擴展。然而，迄今為止，許多關於二維電晶體的研究僅限於概念驗證，該領域需要大量工作來評估這些器件並實現其在電子行業的商業可行性。

隨著對原子尺度材料的需求越來越高，人們正加快對超薄設備研究的步伐。Kis和他的團隊的突破性研究為在半導體行業工作的物理學家、化學家和工程師提供了新的機會，以實現半導體技術的真正極限。

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