7月12日消息，隨著半導(dǎo)體制程工藝進(jìn)入2nm，硅基晶體管的尺寸越來越小，越來越逼近物理極限，摩爾定律已死的論調(diào)也不絕于耳。對此，不少研究人員也正在積極開發(fā)新材料來替代硅，以期能夠打造成更小、更薄、更有效率的下一代芯片。其中，僅原子層厚度的二維層狀半導(dǎo)體材料近年備受矚目，比如過渡金屬二硫族化物（transition metal dichalcogenides，TMD），許多公司已在二維材料芯片投入大量資金。

據(jù)Tomshardware報(bào)道，最近，普林斯頓等離子物理實(shí)驗(yàn)室（PPPL）物理學(xué)家Shoaib Khalid團(tuán)隊(duì)在《2D Materials》期刊發(fā)表新論文，詳細(xì)介紹TMD原子結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的變化、發(fā)生原因及它們?nèi)绾斡绊懖牧?。這些信息為改進(jìn)下一代芯片所需流程奠定基礎(chǔ)。

過渡金屬二硫族化物（TMD）材料關(guān)鍵特征是二維結(jié)構(gòu)的大原子相互作用，如二碲化鎢（WTe2）表現(xiàn)出反常巨磁阻和超導(dǎo)性，其余如：二硫化鉬（MoS2）、二硫化鎢（WS2）、二硒化鉬（MoSe2）、二硒化鎢（WSe2）等，也都是極具潛質(zhì)的二維層狀半導(dǎo)體材料。

研究人員解釋，TMD可以薄到僅3個原子厚度，把它想像成由硫族元素（硫、硒、碲）制成的金屬小三明治，中間餡料可為任何過渡金屬原子（元素周期表第3族到第12族的金屬）。塊狀TMD則具有5層或更多層原子排列成晶體結(jié)構(gòu)，有時候，科學(xué)家會在晶格結(jié)構(gòu)某處發(fā)現(xiàn)缺少1個原子、或在奇怪位置找到1個原子，這種“缺陷”偶爾能為材料帶來正面影響，比如某些TMD缺陷反而使半導(dǎo)體導(dǎo)電性更強(qiáng)。

▲中間缺失1個硫族原子的TMD中間層示意圖。

無論好壞，科學(xué)家必須了解引發(fā)缺陷的原因并加以利用。之前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)塊狀TMD含有多余電子，現(xiàn)在Shoaib Khalid團(tuán)隊(duì)指出，這些多出的電子可能由氫氣引起。

根據(jù)缺陷的類型與性質(zhì)，材料也會有不同表現(xiàn)與性能。比如多余電子會形成n型半導(dǎo)體材料，失去電子留下電洞則使材料成為p型。至于我們還要等多久才能看到TMD材料的應(yīng)用？專家認(rèn)為，到2030年可能就會出現(xiàn)實(shí)際用于設(shè)備的TMD晶體管。

編輯：芯智訊-林子