新发觉的2D半导体，无望代替硅

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据新加坡科技大学（SUTD）的研究职员称，近来发觉的一个二维（2D）半导体家属可认为高性能和高能效的电子产物摊平门路。他们的研究效果颁发在《二维质料与应用》(npj 2D Materials and Applications)上，大概会是以进展出实用于主流电子和光电子的半导体器件，乃至有大概完全代替硅基器件技能。

在追求电子设置装备摆设小型化的历程中，一个众所周知的趋向是摩尔定律，它形貌了盘算机集成电路中的元件数目怎样每18个月增添一倍。这一趋向之以是可以或许实现，是由于晶体管的尺寸不停缩小，此中一些晶体管非常小，以至于数百万个晶体管可以挤在一个指甲盖巨细的芯片上。但是，随着这一趋向的陆续，工程师们开始高兴办理硅基设置装备摆设技能固有的质料限定。

(左图）金属打仗MoSi2N4单层的图解。当金被用作MoSi2N4的电极质料时，会形成肖特基打仗。另一方面，通过利用钛电极可以实现高能效的欧姆打仗。

(右图）在这项事情中研究的MoSi2N4和WSi2N4金属打仗的"斜率参数"S与其他种类的二维半导体相比是最低的，这评释MoSi2N4和WSi2N4在电子器件应用中具有壮大的潜力。

因为量子隧道效应，将硅基晶体管缩得太小将导致高度不行控的设置装备摆设举动，"向导这项研究的SUTD助理传授Ang Yee Sin说。"人们如今正在查找逾越'硅期间'的新质料，而二维半导体是一种有盼望的候选质料。"二维半导体是只有几个原子厚的质料。因为其纳米级的尺寸，在追求开辟紧凑型电子设置装备摆设的历程中，此类质料是替换硅的有力竞争者。然而，很多现在可用的二维半导体在与金属打仗时受到高电阻的困扰。

"当你在金属和半导体之间形成打仗时，每每会显现我们所说的肖特基屏蔽，"Ang解说说。"为了迫使电力通过这个屏蔽，你必要施加一个壮大的电压，这就白费了电力并孕育发生了废热。

这激起了研究小组对欧姆打仗的兴趣，这是没有肖特基屏蔽的金属半导体打仗。在他们的研究中，Ang和来自南京大学、新加坡国立大学和浙江大学的互助者评释，近来发觉的二维半导体家属，即MoSi2N4和WSi2N4，与金属钛、钪和镍形成欧姆打仗，这些金属在半导体设置装备摆设行业中被遍及利用。

别的，研究职员还评释，这些新质料不存在费米级钉扎（FLP），这个题目严峻限定了其他二维半导体的应用潜力。

"FLP是一种产生在很多金属-半导体打仗中的倒霉影响，是由打仗界面上的缺陷和庞大的质料相互作用造成的，"Ang说。"这种效应将打仗的电性能'钉'在一个局促的范畴内，而不管打仗中利用的是什么金属。"因为FLP，工程师们无法调解或调治金属和半导体之间的肖特基势垒--淘汰了半导体设置装备摆设的设计机动性。

为了最大限度地淘汰FLP，工程师们通常采纳一些计谋，如非常柔柔暖和慢地将金属置于二维半导体的顶部，在金属和半导体之间创建一个缓冲层，或利用二维金属作为与二维半导体的打仗质料。固然这些要领是可行的，但它们还不有用，并且与利用当今主流产业技能的大范围制造不兼容。

令人惊奇的是，Ang的团队评释，MoSi2N4和WSi2N4因为有一个惰性的Si-N外层，屏蔽了底层半导体层在打仗界面上的缺陷和质料相互作用，以是天然地受到FLP爱护。

因为这种爱护，肖特基势垒是"无钉"的，可以被调解以切合遍及的应用要求。这种性能的进步有助于使二维半导体成为硅基技能的替换品，像台积电和三星如许的至公司已经对二维半导体电子产物表现了兴趣。

Ang盼望他们的事情将鼓舞其他研究职员探测新发觉的二维半导体家属的更多成员的有味特性，乃至是那些具有电子以外的应用。此中一些大概在电子学应用方面非常差，但在自旋电子学、光催化剂或作为太阳能电池的构建块方面非常好。下一个挑衅是体系地扫描全部这些二维质料，并依据它们的潜伏应用对它们举行分类。

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