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​这种材料或将拯救摩尔定律

2020-10-13
来源:半导体行业观察

  摩尔定律是一项经验建议,它表明,集成电路(IC)中的晶体管数量每隔几年就会翻一番。但是,由于晶体管越来越小,以至于当前的基于硅的技术无法提供进一步缩小晶体管的机会,因此摩尔定律已开始失效。

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  为了延续摩尔定律,其中一种可能性是求助于二维半导体。这些二维材料非常薄,以至于它们可以允许自由电荷载流子(即电子和载有信息的晶体管中的空穴)沿着超薄平面传播。电荷载流子的这种限制可能潜在地允许非常容易地开关半导体。它还允许电荷载流子的方向路径移动而不会发生散射,因此导致晶体管的电阻无限小。

  这意味着从理论上讲,二维材料可是的晶体管在其通/断切换期间不会浪费能源。从理论上讲,它们可以非常快速地切换,并且在非操作状态下也可以关闭到绝对零电阻值。听起来很理想,但生活并不理想!实际上,创建如此完美的超薄半导体仍然存在许多技术障碍。当前技术的障碍之一是所沉积的超薄膜充满晶界(deposited ultra-thin films are full of grain boundaries),从而使电荷载流子从其反弹回来,造成电阻损耗增加。

  最令人兴奋的超薄半导体之一是二硫化钼(MoS 2),在过去的二十年中,二硫化钼的电子性能一直受到研究。然而,事实证明,获得没有任何晶粒边界(grain boundaries)的超大型二维MoS 2确实是一项挑战。使用任何当前的大规模沉积技术,都已经达到了可接受的成熟度,而无晶界(grain-boundary-free)的MoS 2对制造IC至关重要。然而,现在,新南威尔士大学化学工程学院(UNSW)的研究人员已经开发了一种基于新沉积方法消除这种晶界的方法。

  “这种独特的功能是在液态金属镓的帮助下实现的。镓是一种令人惊奇的金属,其熔点仅为29.8摄氏度。这意味着在正常的办公室温度下它是固体,而放置在某人的手掌上时,它变成一种液体。它是一种易熔化的金属,因此它的原子表面光滑。它也是一种常规金属,这意味着它的表面提供了大量的自由电子,以促进化学反应,”该论文的第一作者王一芳女士说。

  “通过将钼和硫的源极(sources)带到镓液态金属的表面附近,我们能够实现形成钼硫键的化学反应,从而建立所需的MoS 2。形成的二维材料被模板化(templated)到原子光滑的镓表面上,因此它是自然成核的,并且没有晶界。这意味着通过第二步退火,我们能够获得非常大的MoS 2区域,而没有晶界,这对于扩大这种引人入胜的超细晶的光滑的半导体非常重要。”

  新南威尔士大学的研究人员现在正计划将其方法扩展到制造其他二维半导体和介电材料,以便制造出许多可用作晶体管不同部分的材料。

  


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