工業(yè)硅片上長(zhǎng)出“完美”二維超薄材料

  ICC訊 據(jù)發(fā)表在最新一期《自然》雜志上的論文，美國(guó)麻省理工學(xué)院工程師開發(fā)出一種“非外延單晶生長(zhǎng)”方法，在工業(yè)硅晶圓上生長(zhǎng)出純凈的、無缺陷的二維材料，以制造越來越小的晶體管。

  根據(jù)摩爾定律，自20世紀(jì)60年代以來，微芯片上的晶體管數(shù)量每年都會(huì)翻一番。但這一趨勢(shì)預(yù)計(jì)很快就會(huì)趨于平緩，因?yàn)橛?A href="http://odinmetals.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e7%a1%85&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">硅制成的器件一旦低于一定的尺寸，就會(huì)失去其電性能。

  在納米尺度上，二維材料可比硅更有效地傳導(dǎo)電子。因此，尋找下一代晶體管材料的重點(diǎn)是將二維材料作為硅的潛在替代品。但在此之前，科學(xué)家們必須首先找到一種方法，在保持其完美結(jié)晶形態(tài)的同時(shí)，在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硅片上設(shè)計(jì)這種材料。

  現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)用二維材料過渡金屬二硫化物（TMD）制造了一種簡(jiǎn)單的功能晶體管，這種材料在納米尺度上比硅具有更好的導(dǎo)電性。

  為生產(chǎn)二維材料，研究人員通常采用一種手工工藝，即從大塊材料中小心地剝離原子般薄的片，就像剝洋蔥層一樣。但大多數(shù)塊狀材料是多晶體，包含多個(gè)隨機(jī)方向生長(zhǎng)的晶體。當(dāng)一種晶體與另一種晶體相遇時(shí)，“晶界”起到了電屏障的作用。任何流過一個(gè)晶體的電子在遇到不同方向的晶體時(shí)都會(huì)突然停止，從而降低材料的導(dǎo)電性。即使在剝離二維薄片之后，研究人員也必須搜索薄片中的“單晶”區(qū)域，這是一個(gè)繁瑣且耗時(shí)的過程，很難應(yīng)用于工業(yè)規(guī)模。

  研究人員通過在藍(lán)寶石晶圓上生長(zhǎng)這些材料找到新方法。藍(lán)寶石是一種具有六角形原子圖案的材料，可促使二維材料以相同的單晶方向組裝。新的“非外延單晶生長(zhǎng)”方法不需要?jiǎng)冸x和搜索二維材料的薄片，并可使晶體向同一方向生長(zhǎng)。

  研究小組據(jù)此制造了一個(gè)簡(jiǎn)單的TMD晶體管，其電性能與相同材料的純薄片一樣好。研究人員表示，未來或可制造出小于幾納米的器件，這將改變摩爾定律的范式。