工程师利用电场突破硅极限构建高性能电路

研究人员将溶液基二维半导体剥离技术与电场引导组装技术相结合。

作为数字逻辑的基本构建单元，晶体管如今已被制造到仅几十个原子宽的尺度。在这种极致微小尺度下，传统硅基制造面临重大挑战：蚀刻如此微小的结构会导致电子干扰、电流泄漏，且制造工艺极其复杂，难以持续发展。

长达数十年的"在相同芯片面积内集成更多晶体管"策略正迅速逼近实际极限，传统方法可能无法再持续带来性能提升。因此，工程师们正积极探索新材料、创新架构和先进制造技术，以突破这些障碍，持续推动算力边界。

二维材料电路制造较预期更为困难

可削薄至单原子层的二维半导体展现出特殊潜力 —— 二硫化钼（MoS₂）和二硒化钨（WSe₂）等材料即使处于超薄状态仍能保持高效电荷流动，并可分别调控为n型和p型晶体管（逻辑电路的两大核心组件）。但用这些材料制造电路仍存挑战：现有方法需要高温、真空环境或手动纳米片定位，难以实现大规模生产。扩大规模常导致质量不稳定、排列不整齐或工艺复杂化，反而削弱了材料本身的简洁性和潜力。

发表于《先进功能材料》的研究提出原子级薄逻辑电路的新制造方案。研究人员将溶液基二维半导体剥离技术与电场引导组装相结合，使n型MoS₂和p型WSe₂纳米精确定位在预定义电极之间。这种方法无需光刻、蚀刻或高温工艺即可构建互补逻辑电路，通过并行组装实现单步芯片多器件制造，在简化生产的同时保留二维材料的性能优势。

新方法生成大面积稳定二维纳米片

该技术通过电化学剥离法从块状晶体中制备高质量二维纳米片：电压将大离子嵌入晶体层间削弱键合力，温和超声处理将层状物分离为稳定纳米片。这些纳米片可稳定悬浮于液体中，尺寸超过1微米，远大于传统机械方法制备的样品。

研究团队通过锥形电极塑造电场减少杂散沉积，采用50Hz交流信号平衡纳米片排列与附着力，15秒处理即可形成10纳米厚均匀通道。针对二维材料常见的硫/硒原子缺失等缺陷，团队采用超强酸双(三氟甲烷)磺酰亚胺（TFSI）进行化学处理予以修正。

最终实验表明，该方法制造的逆变器、与非门、或非门等逻辑电路及SRAM存储单元具有低功耗、精确输出和稳定记忆保持特性，成功验证了二维材料形成功能电路的可行性。

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