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(shí)驗室的科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種新的化學(xué)組裝方法，能夠實(shí)現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(shí)驗室(Berkeley Lab)開(kāi)發(fā)出一種結合采用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(zhù)再以過(guò)渡金屬二硫屬化物(TMDC)或更具體的是MoS2。這兩種材料均為只有一原子層的2D結構。這種合成方法能夠覆蓋幾平方公分大小的區域，從而開(kāi)啟了在晶圓廠(chǎng)以晶圓實(shí)現商用規模生產(chǎn)的可能性。

　　“這項成果可說(shuō)是朝著(zhù)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(shí)驗室資深研究員Xiang Zhang表示。

　　研究人員們著(zhù)眼于僅有一個(gè)分子厚的2D晶體，作為延續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(lái)實(shí)驗室的研究人員開(kāi)發(fā)出一種生長(cháng)單層半導體的方式，如TMDC MoS2，將導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通道的導電帶。這些接面能夠實(shí)現原 子級厚度的電晶體，研究人員指出，相較于僅采用金屬觸點(diǎn)注入電流于TMDC的傳統方法，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(kāi)始在通道內沿著(zhù)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(cháng)的結果，完整地填充了這些通道。(來(lái)源：Berkeley Lab)

　　光學(xué)和電子顯微鏡影像，以及光譜映射，分別確認有關(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，展示了這些結構的適用性，并進(jìn)一步強調該技術(shù)適于于量產(chǎn)商用IC以及組裝原子電腦。

　　柏克萊國家實(shí)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晶體能以相容于現有半導體制造的方式，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(cháng)系統，未來(lái)的運算可望完全以原子級晶體來(lái)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。