輝鉬材料異軍突起 或成為新一代半導體材料

　　近日，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)納米電子學(xué)與結構(LANES)實(shí)驗室稱(chēng)，用一種名為輝鉬(MoS2)的單分子層材料制造半導體，或用來(lái)制造更小、能效更高的電子芯片，在下一代納米電子設備領(lǐng)域，將比傳統的硅材料或富勒烯更有優(yōu)勢。研究論文發(fā)表在1月30日的《自然?納米技術(shù)》雜志上。

　　輝鉬在自然界中含量豐富，通常用于合金鋼或潤滑油添加劑中的成分，在電子學(xué)領(lǐng)域尚未得到廣泛研究。“它是一種二維材料，非常薄，很容易用在納米技術(shù)上，在制造微型晶體管、發(fā)光二極管(LEDs)、太陽(yáng)能電池等方面有很大潛力。”洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院教授安德列斯?凱斯說(shuō)，他們將這種材料同硅以及當前主要用于電子和計算機芯片的富勒烯進(jìn)行了對比。

　　同硅相比，輝鉬的優(yōu)勢之一是體積更小，輝鉬單分子層是二維的，而硅是一種三維材料。“在一張0.65納米厚的輝鉬薄膜上，電子運動(dòng)和在兩納米厚的硅薄膜上一樣容易。”凱斯解釋說(shuō)，“但目前不可能把硅薄膜做得像輝鉬薄膜那么薄。”

　　輝鉬的另一大優(yōu)勢是比硅的能耗更低。在固態(tài)物理學(xué)中，能帶理論描述了在特定材料中電子的能量。在半導體中，自由電子存在于這些能帶之間，稱(chēng)為“帶隙”。如果帶隙不太小也不太大，某些電子就能跳過(guò)帶隙，能更有效控制材料的電子行為，開(kāi)關(guān)電路更容易。

　　輝鉬單分子層內部天然就有較大的帶隙，雖然它的電子流動(dòng)性較差，但在制造晶體管時(shí)，用一種氧化鉿介質(zhì)柵門(mén)就可使室溫下單層輝鉬的運動(dòng)性大大提高，達到富勒烯納米帶的水平。富勒烯沒(méi)有帶隙，要想在上面人為造出帶隙非常復雜，還會(huì )降低其電子流動(dòng)性，或者需要高電壓。由于輝鉬直接就有帶隙，可以用單層輝鉬制造間帶通道場(chǎng)效應晶體管，且在穩定狀態(tài)下耗能比傳統硅晶體管小10萬(wàn)倍。在光電子學(xué)和能量捕獲應用領(lǐng)域，單層輝鉬還能與富勒烯共同使用，形成優(yōu)勢互補。