摩爾定律是一項經(jīng)驗建議,,它表明,,集成電路(IC)中的晶體管數(shù)量每隔幾年就會翻一番,。但是,,由于晶體管越來越小,,以至于當(dāng)前的基于硅的技術(shù)無法提供進一步縮小晶體管的機會,,因此摩爾定律已開始失效,。
為了延續(xù)摩爾定律,,其中一種可能性是求助于二維半導(dǎo)體,。這些二維材料非常薄,,以至于它們可以允許自由電荷載流子(即電子和載有信息的晶體管中的空穴)沿著超薄平面?zhèn)鞑ァk姾奢d流子的這種限制可能潛在地允許非常容易地開關(guān)半導(dǎo)體,。它還允許電荷載流子的方向路徑移動而不會發(fā)生散射,,因此導(dǎo)致晶體管的電阻無限小。
這意味著從理論上講,,二維材料可是的晶體管在其通/斷切換期間不會浪費能源,。從理論上講,它們可以非??焖俚厍袚Q,,并且在非操作狀態(tài)下也可以關(guān)閉到絕對零電阻值。聽起來很理想,,但生活并不理想,!實際上,創(chuàng)建如此完美的超薄半導(dǎo)體仍然存在許多技術(shù)障礙,。當(dāng)前技術(shù)的障礙之一是所沉積的超薄膜充滿晶界(deposited ultra-thin films are full of grain boundaries),,從而使電荷載流子從其反彈回來,造成電阻損耗增加,。
最令人興奮的超薄半導(dǎo)體之一是二硫化鉬(MoS 2),,在過去的二十年中,,二硫化鉬的電子性能一直受到研究,。然而,,事實證明,獲得沒有任何晶粒邊界(grain boundaries)的超大型二維MoS 2確實是一項挑戰(zhàn),。使用任何當(dāng)前的大規(guī)模沉積技術(shù),,都已經(jīng)達到了可接受的成熟度,而無晶界(grain-boundary-free)的MoS 2對制造IC至關(guān)重要,。然而,,現(xiàn)在,新南威爾士大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院(UNSW)的研究人員已經(jīng)開發(fā)了一種基于新沉積方法消除這種晶界的方法,。
“這種獨特的功能是在液態(tài)金屬鎵的幫助下實現(xiàn)的,。鎵是一種令人驚奇的金屬,其熔點僅為29.8攝氏度,。這意味著在正常的辦公室溫度下它是固體,,而放置在某人的手掌上時,它變成一種液體,。它是一種易熔化的金屬,,因此它的原子表面光滑。它也是一種常規(guī)金屬,,這意味著它的表面提供了大量的自由電子,,以促進化學(xué)反應(yīng),”該論文的第一作者王一芳女士說,。
“通過將鉬和硫的源極(sources)帶到鎵液態(tài)金屬的表面附近,,我們能夠?qū)崿F(xiàn)形成鉬硫鍵的化學(xué)反應(yīng),從而建立所需的MoS 2,。形成的二維材料被模板化(templated)到原子光滑的鎵表面上,,因此它是自然成核的,并且沒有晶界,。這意味著通過第二步退火,,我們能夠獲得非常大的MoS 2區(qū)域,而沒有晶界,,這對于擴大這種引人入勝的超細晶的光滑的半導(dǎo)體非常重要,。”
新南威爾士大學(xué)的研究人員現(xiàn)在正計劃將其方法擴展到制造其他二維半導(dǎo)體和介電材料,,以便制造出許多可用作晶體管不同部分的材料,。