在集成電路領(lǐng)域，有一條被遵循了數(shù)十年的規(guī)律，那就摩爾定律，該定律表示，相同面積上集成的晶體管密度每兩年翻一番，但保持產(chǎn)品售價(jià)不變。正式在這個(gè)定律的推動(dòng)下，我們進(jìn)入了當(dāng)前這個(gè)高科技的現(xiàn)代社會(huì)。但進(jìn)入近些年，因?yàn)楣璨牧弦虼?，人們積極進(jìn)行研究以研究新的有前途的半導(dǎo)體材料。用來替代硅。

 

　　最近，由UNIST材料科學(xué)與工程學(xué)院的Soon-Yong Kwon教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組成功地對二維（2D）金屬電極（metal electrode）進(jìn)行了patterning，長期以來，二維電極一直被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)高性能超細(xì)（ ultra-fine ）半導(dǎo)體的障礙。他們在直徑為4英寸的硅基板上形成所需的形狀。

 

　　為了改善半導(dǎo)體芯片的性能，我們必須使構(gòu)成芯片的各個(gè)元件非常小。然而，在現(xiàn)有的基于硅的電子器件的小型化和集成化面臨挑戰(zhàn)。因此，使用諸如石墨烯這樣的薄材料開發(fā)超越摩爾半導(dǎo)體至關(guān)重要。新的2D金屬電極只有一個(gè)原子厚，因此可以應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的薄膜材料，例如石墨烯。據(jù)研究團(tuán)隊(duì)稱，這有望加速半導(dǎo)體器件的小型化。

 

　　半導(dǎo)體器件只有在電子按其所需的特定位置和方向流動(dòng)時(shí)才能正常工作。但因?yàn)槟阆氚哑骷龅酶。趩挝幻娣e上集成更多的晶體管，所以你一直希望把晶體管變小，這時(shí)候電子將開始不按照我們的期望那樣地流動(dòng)，產(chǎn)生了所謂的隧道效應(yīng)。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，近來對超薄2D半導(dǎo)體材料的使用進(jìn)行了很多討論，但尚未開發(fā)出適合于此的電極。

 

　　半導(dǎo)體的特性介于金屬和絕緣體等普通導(dǎo)體之間。因此，如果僅改變半導(dǎo)體材料，則形成相對較高的勢壘（即肖特基勢壘），這使得電子傳輸變得困難。因此，為了實(shí)現(xiàn)高性能的超薄半導(dǎo)體器件，還必須新合成2D電極材料。

　　在這項(xiàng)研究中，研究小組報(bào)告了在不同基板上以晶圓級生產(chǎn)金屬過渡金屬二碲化物 （metallic transition metal ditellurides ）patterned layers 的情況。根據(jù)研究小組的說法，“我們的二碲化鎢（tungsten ditelluride）和二碲化鉬層（molybdenum ditelluride layers）是通過對前體過渡金屬層（precursor transition metal layer,）進(jìn)行碲化（tellurization ）處理而生長的，其電子性能可與機(jī)械剝離的薄片相媲美，并且可以與2D半導(dǎo)體二硫化物結(jié)合。”

 

　　“已經(jīng)證實(shí)，向特定金屬（如銅（Cu）或鎳（Ni））中添加適量的碲（tellurium），即使在相對較低的溫度下也會(huì)被液化，”該研究的第一作者，UNIST機(jī)械工程的Seunguk Song 說，他進(jìn)一步指出，“我們的技術(shù)提供了一種簡單有效的方法來生長高質(zhì)量的過渡金屬二碲化物，其電氣性能可與機(jī)械剝落（mechanically exfoliated ）的薄片媲美。”

 

　　根據(jù)研究小組的說法，所形成的金屬-半導(dǎo)體結(jié)沒有明顯的無序效應(yīng)（disorder effects ）和FLP（ Fermi-level pinning ），并且它們的SBH基本上遵循Schottky-Mott limit。新合成的2D電極材料在合成過程中幾乎沒有物理缺陷，因此表現(xiàn)出與機(jī)械分離的2D材料相當(dāng)?shù)膬?yōu)異物理和電性能。另外，整個(gè)過程中有幾分鐘是在低于500°C的溫度下執(zhí)行。由于可以在現(xiàn)有的半導(dǎo)體處理中實(shí)施，因此還降低了運(yùn)營成本。

 

　　該研究小組還進(jìn)行了將2D半導(dǎo)體二硫化鉬（MoS 2）放置在新的2D電極上的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果，金屬與半導(dǎo)體之間的界面處的能壘（肖特基勢壘）非常低，接近理論值，因此電子轉(zhuǎn)移容易。在常規(guī)的半導(dǎo)體制造工藝中，注入離子以增加穿過能壘的電子的數(shù)量，并且該方法難以應(yīng)用，因?yàn)槠骷冃〔⑶译娐肪€寬減小。然而，這次開發(fā)的電極材料可以在沒有這種工藝的情況下提高半導(dǎo)體結(jié)中電子轉(zhuǎn)移的效率。

 

　　Professor Kwon說：“由于新合成的金屬電極和半導(dǎo)體結(jié)的缺陷很少，因此遵循了理想的Schottky-Mott條件。” “特別是，有可能控制能壘（Schottky Barrier），這比通過商業(yè)金屬布線技術(shù)實(shí)現(xiàn)更難，但這將有助于通過以下方式實(shí)現(xiàn)具有N型和P型兩性的下一代半導(dǎo)體進(jìn)一步的研究。”

 

　　這項(xiàng)研究得到了韓國科學(xué)技術(shù)部（MSIT）資助的韓國國家研究基金會(huì)（NRF）的納米材料技術(shù)開發(fā)計(jì)劃的支持。