这种二维半导体能阻止摩尔定律的消亡吗？

2020-11-09 14:00:48 来源: 半导体行业观察

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来源：内容来自「IEEE电气电子工程师」，作者：John Boyd，谢谢。

Photo: Jialuo Han

Researcher Yifang Wang is holding a silicon substrate on which a monolayer of MoS2 has been transferred.

随着半导体行业见证了这样一种预期的逐渐消退，即可以被刺入硅微芯片的晶体管数量将每两年翻一番，研究人员正在想出新的方法来保持摩尔定律的发展。其中一种很有前景的方法是利用液态金属来生产原子级厚度的二维半导体材料。这使得能够在源极和漏极之间创建一个晶体管沟道，这个通道几乎比硅晶体管中使用的要薄一个数量级。此外，它们还具有有趣的性质，如各种带隙和载流子浓度，以及独特的转导特性。

澳大利亚新南威尔士大学的工程学教授Kourosh Kalantar Zadeh说：“自由电荷载流子（即电子和二维封闭孔）的二维限制提供了一种随电荷散射减少而移动的途径。这意味着阻力极小。从理论上讲，由于其非常薄的特性，它们还可以非常快速地切换，并且在非工作状态下也可以切换至绝对零电阻。”

但由于存在一些障碍，这些新材料很难用作集成电路的超薄半导体。除了生产过程中产生的不完善和缺陷会抑制电子流动外，迄今为止的一个主要问题是，当使用传统的沉积方法生产时，其平面上存在的晶粒阻挡。

为了克服这个问题，Kalantar-Zadeh的研究小组开发了一种新的沉积方法来生产最有前途的超薄半导体材料之一二硫化钼（MoS2），而没有晶粒阻挡层。

Kalantar Zadeh小组的成员之一、今年10月发表在《高级功能材料》上的论文的第一作者Yifang Wang说：“我们利用了镓金属的独特性能，不像水银那样，它的危险性要小得多，而且在29.8摄氏度时会变成液体。事实上，握在手中时，它会变成液体。”

因为镓是一种熔化的金属，她说它的表面在原子上是光滑的，但和传统金属一样，它的表面提供了大量的自由电子来促进化学反应，这对新的沉积方法很重要。

Kalantar Zadeh解释了如下方法。钼和硫的来源靠近液态镓的表面。这会引起一种化学反应，形成钼硫键，进而生成MoS2。新形成的材料像皮肤一样生长在镓原子光滑的表面上，所以它是自然形成的，没有颗粒。这个过程发生在水溶液中，需要退火以除去水合作用。然后使用距离相关的表面力，如静电或偶极力，将半导体表皮从镓液中移除，并将其转移到准备转化为晶体管元件的基板上。这种力不存在于液态金属的表面，因此合成的MoS2不会粘附在它们的表面。

Illustration: Mohannad Mayyas

Kalantar Zadeh说：“与需要硅衬底的传统芯片不同，二硫化钼外壳可以沉积到几乎任何非金属材料上：如玻璃、聚合物。你可以将其推出或打印到任何喜欢的地方。例如，如果想要柔性的东西，如果想弯曲它，则可以将其沉积在合适的聚合物基材上以生产柔性电子产品。”

而且由于这种材料比硅薄，可以根据需要添加许多层，同时也可以使用标准芯片封装。

在证明了沉积方法的可行性后，研究人员现在正在努力使其流线型化，以便将其从实验室转移到商业工厂，这是Kalantar Zadeh预计在未来几年内可以完成的。

研究人员还计划扩展该方法，以创造其他二维半导体、电介质和导电材料，如砷化镓、硫化镓和氧化铟锡。

*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第2488期内容，欢迎关注。

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