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MoS2成为新一代半导体材料

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MoS2成为新一代半导体材料

发布日期:2018-12-04 作者: 点击:

  集成电路的计算能力取决于其所含半导体三极管的数量。现在使用的传统半导体材料是 Si。据Moore 定律预测,大约每两年,集成电路硅芯片上的半导体三极管数量可增加 1 倍。随着芯片空间的日益减小,半导体三极管微型化的难度越来越大,微型化的速度越来越慢。

  为了满足集成电路微型化的强烈需求,国内外材料学家致力于开发新的半导体材料,大多数研究工作集中在石墨烯的开发上,但瑞士联邦理工学院的 Andras Kis 等将精力集中在 MoS2的开发上。

  Andras Kis 教授团队发现,与石墨烯相似,MoS2也可以制备成单层原子结构; 单层结构 MoS2呈现出与 Si 相同的半导体性质,但采用 MoS2制作的芯片厚度比 Si 半导体芯片减小 3 倍以上。据估计,与目前的 Si 材料相比,MoS2半导体三极管的储用功率可降低 10 万倍,意味着电子器件的电池寿命将大大延长,电池尺寸将大大缩小,从而实现电子器件的进一步微型化。因此,MoS2作为半导体材料将引起电子器件的革命性变化。

  Andras Kis 教授团队已采用 MoS2制备出一小块集成电路芯片( 示意图见图 2) 。其中,MoS2层的厚度仅为 0.65 nm,约为最薄 Si 层的 1/3。这么薄的半导体层可使半导体三极管彼此叠加起来,进一步提高集成电路的排布密度。图 3 为 MoS2层的显微结构和在厚度为 270 nm 的 Si 基底上沉积的 MoS2单层实物照片。

MoS2成为新一代半导体材料

  另外,MoS2半导体还具有一系列其他的优点,如可大角度折弯,可大变形量拉拔。这些性能将保证计算机等电子器件可制成携带方便的筒状,也可粘附在其他工件的表面。如同石墨烯的制备相似,MoS2层可采用微机械剥离法( micromechanical cleavage,即通过机械力从新鲜 MoS2晶体的表面剥离出 MoS2片层) 制得结晶性良好且非常稳定的单层 MoS2片。

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