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清华大学NEXT实验室的科学家们揭示了tmd的制造和工程技术，并提供了tmd与传统半导体之间的比较观点，展示了将tmd与传统半导体相结合的好处。
这项研究发表在《国际极端制造杂志》上，展示了如何用各种方法制造层状半导体，包括相位工程、缺陷工程、掺杂和合金化。然后讨论了层状半导体与传统半导体结合的各种可能性。
具有合适带隙和带结构的过渡金属二硫族化合物(TMDs)是新一代层状半导体材料。这些进步证明了基于tmd的器件在将摩尔定律扩展到1纳米以下尺度方面的巨大潜力。
清华大学材料学院副教授、该研究的通讯作者王晨说:“原则上，这开辟了光电子应用中一类全新材料的设计，这些材料具有新的特性，如超导性、自旋轨道耦合、铁电性和铁磁性。”“从本质上讲，它开创了一个基于创新原理的分层材料系统的新时代，”该论文的第一作者之一邓晓南(音)说。
几十年来，随着器件尺寸的扩大和晶体管密度的增加，半导体行业一直在发展，遵循经典的摩尔定律。然而，有效摩尔定律的延伸遇到了当代制造业和物理学的挑战。阻碍晶体管缩小尺寸的最重要的物理障碍是几十纳米通道长度的短通道效应(sce)和低于10纳米通道长度的量子隧道效应。
由于层状材料系统的二维性质，层状材料之间可以通过化学键横向形成异质结构，也可以通过范德华相互作用(vdW)纵向形成异质结构，从而实现基于层状材料的异质结器件。横向化学异质集成结具有原子级薄的间线、基于化学反应的批量生产工艺以及对电子和光电子器件的独特优势。
另一方面，vdW异质结构(vdWHs)可以由任意层状材料组成，提供高度灵活的堆叠顺序和角度，以及自然的原子锋利界面。但问题在于层状半导体的精细合成、器件性能、工业工程等方面，阻碍了层状半导体器件的广泛应用。
事实上，科学家们认为，作为二维性质的层状材料系统，二维器件中使用的大多数工艺都与硅基技术兼容。此外，广泛的具有各种能带结构的层状材料家族与硅的成熟能带结构结合时，通过异质集成提供了协同优势。
然后，Wang开始用各种方法调制tmd，包括相位工程、缺陷工程、掺杂和合金化。
令科学家们惊讶的是，tmd使下一代电子和光电子设备的探索成为可能。“此外，vdWHs可以通过结合不同类型的层状材料和传统半导体来实现功能器件，”张思明博士说。’21)，共同第一作者之一。这对于一个必须在现实世界中发挥作用的设备来说是非常有用的。
然而，最吸引科学家注意的是这种新材料的界面状态的无序性。“考虑到基本原理，它不应该像半导体一样起作用，”陈说。“不幸的是，目前还没有一个成熟的理论可以解释这种现象。”
Wang, Chen和他们的实验室与大学的其他科学家合作，试图用各种方法了解tmd和传统半导体的界面特性。经过测试、模拟和理论工作，他们认为可以通过相位工程、缺陷工程、掺杂和合金化来调制tmd的性能，为具有稳定相位和合适能带结构的高质量层状半导体提供了广泛的选择。
此外，层状半导体的非半导体相可以用作触点、电介质和中间层来构建高性能器件，从而增强了与单相硅材料相比的技术优势。
最终的结果是前所未有的分层材料。“研究界和工业界正在积极努力解决这些挑战，以促进异质整合，”陈说。科学家们很兴奋，因为这一发现为电子和光电子技术提出了一种全新的设计原则。他们解释说，分层材料非常重要，几乎任何新的发展都为技术开辟了新的领域。
该材料的一个吸引人的特点是形成异质结构的新选择。例如，WS2-WSe2和MoS2-MoSe2横向异质结构的合成可以通过阶梯生长的方式进行。垂直异质结构tmd可采用阶梯生长法或机械堆积法制备。
层状半导体以具有干净vdW界面的原子薄tmd为代表，具有优异的可控性和与其他层状材料的异质集成潜力。因此，基于tmd的器件被视为各种器件应用的有前途的候选者。
以tmd为代表的层状半导体在未来的电子和光电子器件中显示出巨大的潜力。然而，尽管它们具有非凡的性能和新颖的应用，但由于层状半导体的精细合成和器件工程面临的挑战，它们的采用一直受到阻碍。
该团队还在探索层状半导体和传统半导体的异质集成。王说:“我们认为，层状和传统半导体之间的异质集成，结合两种材料系统的技术和经济优势，为后摩尔时代的早期阶段提供了一条实用的中间路线。”
王说:“虽然分层传统异构集成器件的商业化尚未实现，但在内在物理、材料特性、器件结构和集成策略方面取得了实质性进展，这表明未来前景广阔。”
更多信息:陈卓凡等，层状和传统半导体之间的比较相干性:异构集成的独特机会，国际极限制造杂志(2023)。DOI: 10.1088/2631-7990/ace501由International Journal of Extreme Manufacturing提供引文:支持异构集成的分层和传统半导体为后摩尔时代打开大门(2023年，8月16日)检索自2023年8月17日https://techxplore.com/news/2023-08-layered-traditional-semiconductors-heterogeneous-door.html。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
