功耗為硅的十萬分之一？瑞士開發(fā)新半導(dǎo)體材料“輝鉬礦”

【導(dǎo)讀】有一種新開發(fā)的半導(dǎo)體材料輝鉬礦(molybdenite，MoS2)，其功耗據(jù)說僅有硅材料的十萬分之一，又能用以制作出尺寸更小的晶體管。瑞士洛桑理工學(xué)院(Ecole Polytechnique Federale de Lausanne，EPGL)的研究人員并指出，這種新一代半導(dǎo)體材料具備能隙(bandgap)的特性也打敗石墨烯(graphene)。

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有一種新開發(fā)的半導(dǎo)體材料輝鉬礦(molybdenite，MoS2)，其功耗據(jù)說僅有硅材料的十萬分之一，又能用以制作出尺寸更小的晶體管。瑞士洛桑理工學(xué)院(Ecole Polytechnique Federale de Lausanne，EPGL)的研究人員并指出，這種新一代半導(dǎo)體材料具備能隙(bandgap)的特性也打敗石墨烯(graphene)。

EPGL指出，輝鉬礦是一種礦藏豐富的材料，已經(jīng)運(yùn)用在鋼鐵合金以及做為潤滑油的添加劑；但該校的納米電子與結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室(Laboratory of Nanoscale Electronics and Structures，LANES)是首創(chuàng)開發(fā)采用該種材料的半導(dǎo)體組件。EPGL教授Andras Kis表示：“它具有可制作出超小晶體管、LED與太陽能電池的十足潛力。”

根據(jù)Kis的說法，與屬于三維結(jié)晶體的硅大不同，輝鉬礦有一種主要的特性，也就是本身為二維材料，能制作出厚度僅6.5埃(angstrom，十分之一納米)的薄膜，而且制造方法相對容易；其電子遷移率則與2納米厚度的硅材料層相當(dāng)。

此外，不同于零能隙的石墨烯，輝鉬礦具備1.8電子伏特(electron-volts)的能隙，介于砷化鎵(gallium arsenide，能隙1.4電子伏特)與氮化鎵(gallium nitride，能隙3.4電子伏特)之間，也意味著可用該種材料制作出能同時(shí)具備電子與光學(xué)功能的芯片。

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圖中所示為采用輝鉬礦材料做為通道的超低功耗場效晶體管(FET)；在絕緣上覆硅(SOI)基板上采用高介電(HfO2)氧化閘極