用无机二硫化钼制造二维晶体管

半导体研究领域正在不断探索具有增强特性的材料。瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员Andras Kis在《自然》杂志上撰文，讲述了他的团队如何在单层无机二硫化钼（MoS₂）的基础上创造出一种二维晶体管。

摩尔定律规定，半导体上的晶体管数量将每两年翻一番。为了追求这一目标，半导体中使用的材料不断变薄。一种材料能有多薄是半导体设计中的一个关键问题。解决这个难题将为该行业的未来提供信息，提供创新技术，帮助该行业向前迈进一大步，解决半导体设计的限制。

Andras Kis在瑞士EPFL的小组开始探索制造二维半导体。这些薄膜是从块状晶体中剥离出来的。显微镜用品市场销售钼矿，这是一种由MoS₂组成的矿物，外观与石墨相似。

使用这种材料制造晶体管是具有挑战性的，早期的一个挑战是需要找到一种合适的接触材料。到2009年底，在解决这一困难方面取得了进展，当时使用五到六层厚的二硫化钼的晶体管来常规生产。这些早期的晶体管显示出六个数量级的电流调制。然而，单层晶体管仍然面临着噪音和电阻的问题。

这一点通过使用原子层沉积系统来逐层沉积绝缘材料，该系统由Aleksandra Radenovic开发。为了进一步探索对空气和湿气的保护，并屏蔽二维材料的杂质，该团队研究了氧化铪的应用。这比研究小组的预期效果要好。

该团队的第一代单层晶体管装置显示出更强的电气特性和性能。电流和电阻显示出明显的改善，观察到开/关电流比超过1x10⁸。

与此同时，加州大学伯克利分校、都柏林三一学院和哥伦比亚大学的研究小组也在研究二硫化钼的特性和制造方法。这些小组进行的研究结果为该领域提供了一些重大进展。

首先，伯克利大学和哥伦比亚大学的研究小组展示了单层硫化钼因其带隙而表现出的光致发光。都柏林三一学院的团队开发了一种液相剥离工艺，以大规模生产二硫化钼以及其他二维单层材料。这些研究结果与二维单层二硫化钼晶体管的制造一起，为该领域的扩展铺平了道路。

二维晶体管对半导体行业是革命性的，这些原子般薄的器件有可能使晶体管在众多的设备中持续扩展。然而，迄今为止，许多关于二维晶体管的研究仅限于概念验证，该领域需要大量工作来评估这些器件并实现其在电子行业的商业可行性。

随着对原子尺度材料的需求越来越高，人们正加快对超薄设备研究的步伐。Kis和他的团队的突破性研究为在半导体行业工作的物理学家、化学家和工程师提供了新的机会，以实现半导体技术的真正极限。

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