二維半導(dǎo)體能拯救摩爾定律嗎？

過去多年里，半導(dǎo)體行業(yè)見證了集成到硅微芯片中的晶體管數(shù)量每兩年翻一番，但現(xiàn)在，這種狀態(tài)正在逐漸減弱，研究人員正在想出新的方法來保持摩爾定律的發(fā)展。一種具有令人興奮的前景的方法采用液態(tài)金屬來生產(chǎn)具有原子級厚度的二維半導(dǎo)體材料。這使得能夠在源極和漏極之間創(chuàng)建晶體管溝道，該溝道比硅晶體管中所采用的溝道溝道要薄大約一個數(shù)量級。此外，它們還具有令人著迷的特性，例如各種帶隙和載流子濃度，以及獨特的轉(zhuǎn)導(dǎo)特性（unique transducing properties）。

“這些材料中的自由電荷載流子（即電子和空穴）提供了途徑以及降低了充電散設(shè)（charge scattering）”， 澳大利亞新南威爾士大學(xué)的 Kourosh Kalantar-Zade說?！斑@意味著極小的阻力。從理論上講，由于其非常薄的特性，它們還可以非?？焖俚厍袚Q，并在非工作狀態(tài)下關(guān)閉至絕對零電阻?！?/p>

但是，一些障礙使得將這些新材料用作集成電路的超薄半導(dǎo)體非常困難。除了在生產(chǎn)中產(chǎn)生的缺陷會抑制電子流動外，迄今為止的主要問題還在于使用傳統(tǒng)的沉積方法生產(chǎn)時，其平面上存在的晶粒阻擋層（grain barriers）。

為了克服這個問題，Kalantar-Zadeh的研究小組開發(fā)了一種新的沉積方法，以生產(chǎn)一種最有前途的超薄半導(dǎo)體材料，即二硫化鉬（MoS 2），并且沒有晶粒阻擋層。

“我們利用鎵（gallium）的獨特功能，與汞不同，它的危害性要小得多，只有29.8度時才具有變成液體的驚人質(zhì)量 ，” Kalantar-Zadeh研究小組成員的研究人員王一芳（音譯）說。她說，由于鎵是一種熔化的金屬，因此其表面在原子上是光滑的，但與常規(guī)金屬一樣，其表面提供了大量的自由電子以促進化學(xué)反應(yīng)，這對于新的沉積方法很重要。

Kalantar-Zadeh解釋了以下方法。鉬和硫的來源靠近液態(tài)鎵的表面。這引起化學(xué)反應(yīng)，形成鉬硫鍵，進而產(chǎn)生MoS 2。新形成的材料像皮膚一樣在鎵的原子光滑表面上生長，因此自然形成且沒有晶粒。該過程在水溶液中進行并且需要退火以去除水合。然后，使用與距離有關(guān)的表面力（例如靜電力或偶極力）將其從鎵液中去除，并將其轉(zhuǎn)移到準備轉(zhuǎn)變成晶體管元件的襯底上。這樣的力在液態(tài)金屬的表面上不存在，因此合成的MoS2不會粘附在其表面上。

Kalantar-Zadeh說：“與傳統(tǒng)的需要硅襯底的芯片不同，二硫化鉬表面可以沉積在幾乎所有類似玻璃和聚合物的非金屬上。您可以將其推出或打印到任何您喜歡的地方。例如，如果您想要柔性的東西，如果您想彎曲它，則可以將其沉積在合適的聚合物基材上以生產(chǎn)柔性電子產(chǎn)品?！?/p>

并且由于材料比硅更薄，因此可以根據(jù)需要添加多個層，同時也可以使用標準芯片封裝。

他們這個實驗已經(jīng)已經(jīng)證明了沉積方法的可行性，研究人員現(xiàn)在正在努力簡化沉積方法，以便可以將其從實驗室轉(zhuǎn)移到商業(yè)晶圓廠，Kalantar-Zadeh估計可以在未來幾年內(nèi)完成。

研究人員還計劃擴展該方法，以創(chuàng)建其他二維半導(dǎo)體，電介質(zhì)和導(dǎo)電材料，例如砷化鎵，硫化鎵和氧化銦錫。

來源：本文由半導(dǎo)體行業(yè)觀察編譯自IEEE。

原文標題：【行業(yè)資訊】這種二維半導(dǎo)體能拯救摩爾定律嗎？

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