過去多年里，半導體行業見證了集成到硅微芯片中的晶體管數量每兩年翻一番，但現在，這種狀態正在逐漸減弱，研究人員正在想出新的方法來保持摩爾定律的發展。一種具有令人興奮的前景的方法采用液態金屬來生產具有原子級厚度的二維半導體材料。這使得能夠在源極和漏極之間創建晶體管溝道，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，以及獨特的轉導特性（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（charge scattering）”， 澳大利亞新南威爾士大學的 Kourosh Kalantar-Zade說。“這意味著極小的阻力。從理論上講，由于其非常薄的特性，它們還可以非常快速地切換，并在非工作狀態下關閉至絕對零電阻。”

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體非常困難。除了在生產中產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的沉積方法生產時，其平面上存在的晶粒阻擋層（grain barriers）。

為了克服這個問題，Kalantar-Zadeh的研究小組開發了一種新的沉積方法，以生產一種最有前途的超薄半導體材料，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，但與常規金屬一樣，其表面提供了大量的自由電子以促進化學反應，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鎵的表面。這引起化學反應，形成鉬硫鍵，進而產生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，并將其轉移到準備轉變成晶體管元件的襯底上。這樣的力在液態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柔性電子產品。”

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

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

研究人員還計劃擴展該方法，以創建其他二維半導體，電介質和導電材料，例如砷化鎵，硫化鎵和氧化銦錫。

來源：本文由半導體行業觀察編譯自IEEE。

原文標題：【行業資訊】這種二維半導體能拯救摩爾定律嗎？

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責任編輯：haq