Advance可能使2D晶体管可用于更小的微芯片组件

摩尔定律是著名的预测，即可以封装到微芯片上的晶体管数量每两年将翻一番，这已经达到了基本的物理极限。除非找到新的方法，否则这些限制可能会使数十年来的进展停滞不前。

正在探索的一个新方向是使用原子薄材料代替硅作为新晶体管的基础，但是事实证明将这些“ 2D”材料连接到其他常规电子组件很困难。

现在，麻省理工学院，加州大学伯克利分校，台积电和其他地方的研究人员已经找到了建立这些电连接的新方法，这可以帮助释放2D材料的潜力，并进一步使组件小型化-可能足够研究人员说，至少在不远的将来可以扩展摩尔定律。

麻省理工学院最近的毕业生沉品纯博士在本周的《自然》杂志上对这些发现进行了描述。'20和丛苏博士 '20，博士后林林uan博士 '19，麻省理工学院的教授金刚，托马斯·帕拉西奥斯(Tomas Palacios)和鞠莉，以及麻省理工学院，加州大学伯克利分校和其他机构的其他17个人。

“我们解决了使半导体器件小型化的最大问题之一，即金属电极与单层半导体材料之间的接触电阻，”现任加州大学伯克利分校的Su说。事实证明该解决方案很简单：使用半金属(铋元素)代替普通金属与单层材料连接。

这种超薄单层材料(在这种情况下为二硫化钼)被视为解决基于硅的晶体管技术目前所面临的微型化极限的主要竞争者。Su说，但是要在这样的材料和金属导体之间建立有效的，高导电性的接口，以使它们彼此之间以及与其他设备和电源的连接，是阻碍这种解决方案取得进展的挑战。

金属与半导体材料(包括这些单层半导体)之间的界面会产生一种称为金属引起的间隙态的现象，从而导致形成肖特基势垒，这种现象会抑制电荷载流子的流动。事实证明，使用一种半金属(其电子性能介于金属和半导体之间)并结合两种材料之间的正确能量取向，可以消除该问题。

Lin解释说，组成计算机处理器和存储芯片的晶体管小型化的快速步伐在2000年左右就停滞了，直到一项允许芯片上半导体器件的三维结构的新发展在2007年打破了僵局。并且恢复了快速的进步。但他说，现在，“我们认为我们处于另一个瓶颈的边缘。”

所谓的二维材料，即只有一个或几个原子厚的薄片，可以满足使晶体管小型化进一步飞跃的所有要求，从而有可能将称为沟道长度的关键参数减小数倍，从大约5减少到10当前最先进的芯片中的纳米级，达到亚纳米级。广泛地研究了各种这样的材料，包括称为过渡金属二卤化碳的整个化合物家族。新实验中使用的二硫化钼属于该家族。

与此类材料实现低电阻金属接触的问题也一直在妨碍这些新型单层材料的物理基础研究。由于现有的连接方法具有如此高的电阻，因此监视材料中电子行为所需的微小信号太弱而无法通过。Su说：“物理学方面有很多例子要求金属和半导体之间具有低接触电阻。因此，这也是物理世界中的一个巨大问题。”

弄清楚如何在商业级别上扩展和集成此类系统可能需要一些时间，并且需要进一步的工程设计。研究人员说，但是对于这样的物理应用，新发现的影响可以很快感受到。苏说：“我认为在物理学中，许多实验可以立即从这项技术中受益。”

同时，研究人员继续进行进一步的探索，继续减小其设备的尺寸，并寻找其他材料配对，这些材料配对可能使与其他类型的电荷载体(称为空穴)的电接触更好。他们解决了所谓的N型晶体管的问题，但是，如果他们能够找到沟道和电接触材料的组合以实现高效的单层P型晶体管，那将为下一代打开许多新的可能性。他们说。

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