研究人員正在利用世界上最細(xì)的金屬線(xiàn)作為柵極電極（控制晶體管打開(kāi)和關(guān)閉的關(guān)鍵部件），制作出微型晶體管。
研究人員沒(méi)有使用硅或金屬，而是用二硫化鉬（molybdenum disulfide）制作了這種柵極——這種半導(dǎo)體可能在未來(lái)幾十年取代硅。當(dāng)兩片錯(cuò)位的 MoS2碎片結(jié)合在一起時(shí)，它們的邊界會(huì)變成一條只有 0.4 納米厚的導(dǎo)線(xiàn)，比當(dāng)今最先進(jìn) CPU 中晶體管的最小部件還要小得多。研究人員大多位于韓國(guó)大田基礎(chǔ)科學(xué)研究所，他們將這條導(dǎo)線(xiàn)集成為超小型晶體管的關(guān)鍵組件。
他們的工作標(biāo)志著首次有人利用這些邊界線(xiàn)來(lái)制造晶體管。他們的方法可能不會(huì)很快投入商業(yè)生產(chǎn)，但這一壯舉可能會(huì)鼓勵(lì)研究人員進(jìn)一步探索這種線(xiàn)并在未來(lái)幾年制造出更多實(shí)用的晶體管。
二硫化鉬是二維半導(dǎo)體的一個(gè)典型例子。當(dāng)今使用的硅和其他半導(dǎo)體需要復(fù)雜的第三維才能正常工作。但顧名思義，二維半導(dǎo)體可以構(gòu)建在平面層中。
石墨烯（一層碳原子）可能是最著名的二維材料，但科學(xué)家和工程師在MoS2和類(lèi)似的所謂過(guò)渡金屬二硫化物方面取得了令人難以置信的進(jìn)展。就MoS2而言，該化合物的分子結(jié)構(gòu)使其厚度僅為三個(gè)原子（約 0.4 納米）。
二硫化鉬在縮小晶體管的柵極長(zhǎng)度（源極和漏極之間的距離）方面可能具有另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，電荷載流子進(jìn)入和離開(kāi)晶體管，最先進(jìn)的研究已經(jīng)推動(dòng)了硅可能的柵極長(zhǎng)度最小到 5 納米左右，但硅晶體管的柵極長(zhǎng)度越短，當(dāng)它處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)就越容易漏電。二硫化鉬的帶隙較大，可能使其具有更強(qiáng)的防漏能力。
當(dāng)然，研究人員仍然沒(méi)有確定制造具有亞納米柵極長(zhǎng)度的MoS2晶體管的方法。一些實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)通過(guò)使用不同的材料作為柵極來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)——制造具有薄柵極的MoS2晶體管，該柵極由單層石墨烯或單個(gè)碳納米管的邊緣制成（本質(zhì)上是將石墨烯卷成非常薄的管子）。
基礎(chǔ)科學(xué)研究所的研究人員想知道他們是否需要另一種材料，或者是否可以依賴(lài)MoS2本身的一個(gè)奇特特性。
當(dāng)MoS2在藍(lán)寶石（一種常見(jiàn)的 2D 半導(dǎo)體襯底）上生長(zhǎng)時(shí)，該材料傾向于以?xún)煞N可能的方向之一生長(zhǎng)，每個(gè)方向彼此錯(cuò)開(kāi) 60 度。如果你讓一個(gè)方向的一塊接觸另一個(gè)方向的一塊，兩者將在邊界處形成一條線(xiàn)，就像一條角度奇怪的道路，兩個(gè)錯(cuò)開(kāi)的城市街道網(wǎng)格相遇。
材料科學(xué)家?guī)啄昵熬鸵呀?jīng)知道這些邊界線(xiàn)，并稱(chēng)之為鏡像孿生邊界 (MTB：mirror twin boundaries)。其中一位測(cè)量結(jié)果表明，厚度為 0.4 納米的 MTB 是迄今為止制造的最薄的導(dǎo)線(xiàn)。基礎(chǔ)科學(xué)研究所的研究人員認(rèn)為，他們可以將這些導(dǎo)線(xiàn)用作由周?chē)牧蠘?gòu)成的晶體管的柵極。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員首先從兩塊錯(cuò)位的二硫化鉬碎片開(kāi)始，中間是 MTB 線(xiàn)。在它的上面，他們放置了一層薄薄的氧化鋁作為絕緣體。在它的上面，他們放置了另一層原子厚度的硫化鉬，然后在上面放置了增加了源極和漏極電極。總共，他們用超薄柵極電極制造了總共 36 個(gè)功能性 FET。
研究人員樂(lè)觀地認(rèn)為，他們的技術(shù)或類(lèi)似的技術(shù)有朝一日可能會(huì)成為制造設(shè)備的基礎(chǔ)。基礎(chǔ)科學(xué)研究所研究員、研究人員之一Jo Moon-Ho在一份聲明中表示：“預(yù)計(jì)它將成為未來(lái)開(kāi)發(fā)各種低功耗、高性能電子設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)?！蔽磥?lái)，研究人員可能能夠 通過(guò)更好地控制電線(xiàn)的特性來(lái)設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品。
然而，斯坦福大學(xué)電氣工程師Eric Pop （他研究 MoS 2，并未參與這項(xiàng)研究）對(duì)boundary 的方法從實(shí)驗(yàn)室過(guò)渡到工廠的可能性并不樂(lè)觀?！拔艺J(rèn)為它作為柵極電極的用途不是工業(yè)應(yīng)用的途徑，”P(pán)op 說(shuō)。“柵極必須是金屬，并被圖案化成電路幾何形狀，”他說(shuō)，否則工程師將失去控制柵極閾值電壓的關(guān)鍵能力。
此外，Pop 表示，像 Moon 和同事那樣在藍(lán)寶石上生長(zhǎng)二維半導(dǎo)體并不理想。在藍(lán)寶石上培育后，必須費(fèi)力地將二維材料轉(zhuǎn)移到硅晶片上。相反，Pop 表示，實(shí)用的二維半導(dǎo)體應(yīng)該直接在二氧化硅或硅等材料上生長(zhǎng)。
盡管波普有所顧慮，他仍然稱(chēng)這項(xiàng)研究是“良好的科學(xué)成果”，對(duì)于研究MTBs的科學(xué)家來(lái)說(shuō)尤其有用。