新式原子級電晶體為下一代運算技術(shù)鋪路

　　美國羅倫斯柏克萊國家實驗室的科學(xué)家開發(fā)出一種新的化學(xué)組裝方法，能夠?qū)崿F(xiàn)僅有原子厚度的電晶體與電路，從而為下一代電子與電腦運算技術(shù)鋪路。

　　美國能源部羅倫斯柏克萊國家實驗室(Berkeley Lab)開發(fā)出一種結(jié)合采用2D石墨烯材料和二硫化鉬(MoS2)電晶體的組裝方法。

　　該方法在以石墨烯襯底的二氧化矽基板上蝕刻窄通道，接著再以過渡金屬二硫?qū)倩?TMDC)或更具體的是MoS2。這兩種材料均為只有一原子層的2D結(jié)構(gòu)。這種合成方法能夠覆蓋幾平方公分大小的區(qū)域，從而開啟了在晶圓廠以晶圓實現(xiàn)商用規(guī)模生產(chǎn)的可能性。

　　“這項成果可說是朝著在更小面積打造原子級電路或封裝更多運算能力的可擴展、可重覆之路跨出了一大步，”柏克萊國家實驗室資深研究員Xiang Zhang表示。

　　研究人員們著眼于僅有一個分子厚的2D晶體，作為延續(xù)摩爾定律的替代材料。這些晶體也至于受到矽晶的限制。

　　在 此背景下，柏克來實驗室的研究人員開發(fā)出一種生長單層半導(dǎo)體的方式，如TMDC MoS2，將導(dǎo)電石墨烯層蝕刻于通道中。采用兩種原子層組合的方式形成奈米級接面，讓石墨烯得以有效注入電子于MoS2通道的導(dǎo)電帶。這些接面能夠?qū)崿F(xiàn)原 子級厚度的電晶體，研究人員指出，相較于僅采用金屬觸點注入電流于TMDC的傳統(tǒng)方法，這種采用2D材料組裝電路的方式更有助于提高性能。

　　示意圖顯示2D晶體的化學(xué)組成。首先將石墨烯蝕刻于通道中，TMDC MoS2開始在通道內(nèi)沿著邊緣形成核心。在這些邊緣上，MoS2稍微重疊在石墨烯頂部。最后，MoS2進(jìn)一步生長的結(jié)果，完整地填充了這些通道。(來源：Berkeley Lab)

　　光學(xué)和電子顯微鏡影像，以及光譜映射，分別確認(rèn)有關(guān)于成功形成與2D晶體功能性等各種不同方面。

　　研究團(tuán)隊將這些電晶體組裝于逆變器的邏輯電路中，展示了這些結(jié)構(gòu)的適用性，并進(jìn)一步強調(diào)該技術(shù)適于于量產(chǎn)商用IC以及組裝原子電腦。

　　柏克萊國家實驗室首席研究員暨柏克萊大學(xué)(UC Berkeley)博士生Mervin Zhao表示，“這兩種2D晶體能以相容于現(xiàn)有半導(dǎo)體制造的方式，以晶圓級進(jìn)行合成。藉由整合我們的技術(shù)與其他的生長系統(tǒng)，未來的運算可望完全以原子級晶體來完成。”

　　這項研究已發(fā)表于最新一期的《自然奈米技術(shù)》(Nature Nanotechnology)期刊中。