新式原子級(jí)電晶體為下一代運(yùn)算技術(shù)鋪路

　　美國(guó)羅倫斯柏克萊國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(yùn)算技術(shù)鋪路。

　　美國(guó)能源部羅倫斯柏克萊國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)商用規(guī)模生產(chǎn)的可能性。

　　“這項(xiàng)成果可說是朝著在更小面積打造原子級(jí)電路或封裝更多運(yùn)算能力的可擴(kuò)展、可重覆之路跨出了一大步，”柏克萊國(guó)家實(shí)驗(yàn)室資深研究員Xiang Zhang表示。

　　研究人員們著眼于僅有一個(gè)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(shí)驗(yàn)室的研究人員開發(fā)出一種生長(zhǎng)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(jí)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(jí)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(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(zhǎng)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(duì)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(qiáng)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(guó)家實(shí)驗(yàn)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(jí)進(jìn)行合成。藉由整合我們的技術(shù)與其他的生長(zhǎng)系統(tǒng)，未來的運(yùn)算可望完全以原子級(jí)晶體來完成。”

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