輝鉬材料異軍突起 或成為新一代半導(dǎo)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(jié)構(gòu)(LANES)實(shí)驗(yàn)室稱，用一種名為輝鉬(MoS2)的單分子層材料制造半導(dǎo)體，或用來制造更小、能效更高的電子芯片，在下一代納米電子設(shè)備領(lǐng)域，將比傳統(tǒng)的硅材料或富勒烯更有優(yōu)勢(shì)。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(rùn)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，他們將這種材料同硅以及當(dāng)前主要用于電子和計(jì)算機(jī)芯片的富勒烯進(jìn)行了對(duì)比。

　　同硅相比，輝鉬的優(yōu)勢(shì)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(yùn)動(dòng)和在兩納米厚的硅薄膜上一樣容易。”凱斯解釋說，“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(shì)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(dǎo)體中，自由電子存在于這些能帶之間，稱為“帶隙”。如果帶隙不太小也不太大，某些電子就能跳過帶隙，能更有效控制材料的電子行為，開關(guān)電路更容易。

　　輝鉬單分子層內(nèi)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)柵門就可使室溫下單層輝鉬的運(yùn)動(dòng)性大大提高，達(dá)到富勒烯納米帶的水平。富勒烯沒有帶隙，要想在上面人為造出帶隙非常復(fù)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(yīng)晶體管，且在穩(wěn)定狀態(tài)下耗能比傳統(tǒng)硅晶體管小10萬倍。在光電子學(xué)和能量捕獲應(yīng)用領(lǐng)域，單層輝鉬還能與富勒烯共同使用，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。