北京
半导体材料的物理极限在哪里？当晶体管通道宽度被压缩到25纳米，还能保持良好性能吗？
来自查尔姆斯理工大学和斯坦福大学的研究团队给出了一个让人意外的答案。他们成功用三种原子级厚度的二维半导体材料造出了高性能晶体管，其中最窄的通道宽度仅为25纳米。更关键的是，即使缩小到未来工业化生产所需的尺寸，这些晶体管依然表现出色。
这打破了该领域长期存在的一大不确定性。查尔姆斯理工大学助理教授安东·佩尔松在新闻稿中直言：“这些是二维半导体中目前展示过的最纤薄高性能晶体管。尤其让我们感到意外的是，将晶体管缩小到与未来工业技术相关的尺寸后，其性能依然保持良好。”
研究团队选择的材料均属单层过渡金属硫族化合物，具体包括二硫化钼、二硫化钨和二硒化钨。为了在制备过程中防止材料撕裂或剥落，团队设计了一种“狗骨”结构——晶体管通道极窄，但电接触下方的区域较宽，以此锚定材料。此外，他们还采用了一种先进的多图案化技术，分两步从不同方向蚀刻材料。
在三组实验中，二硫化钨晶体管的表现最为突出。佩尔松指出：“得益于更好的材料质量和改进的金属接触，二硫化钨二维晶体管的电流密度相比以往的展示结果提升了超过一百倍。”
不过，斯坦福大学教授埃里克·波普在新闻稿中补充了一个清醒的判断：“我们的发现并不意味着原子级厚度的二维半导体已经准备好明天就替代硅。但它表明，其中一个关键的缩放障碍可能远没有之前想象的那么限制。”
在另一项半导体相关研究中，莱斯大学和DEVCOM陆军研究实验室的团队则把注意力放到了钻石材料上。他们开发了一款基于Python的定制软件工具，能快速分析高分辨率X射线衍射数据，并检测钻石及其他宽禁带半导体材料中的位错密度缺陷。
该软件可以解析衍射图案，捕捉原子晶格中的位错和不规则性，并计算其在给定材料中的密度。莱斯大学材料科学与纳米工程助理研究教授张翔在一份声明中解释：“位错会扰乱电荷和热量在材料中的传导方式，进而影响器件的效率和可靠性，以及大规模制造的难易程度。”
研究团队通过分析四种不同市售等级的单晶钻石来测试该框架，这些钻石预期具有不同的晶体质量水平。这套自动化工作流程成功将它们区分开来，并识别出电子级钻石的缺陷密度最低、晶体质量最均匀。而在非钻石基底上生长的异质外延钻石则表现出最高的缺陷密度和最严重的结构无序。
该团队还将此工作流程成功应用到氮化镓材料上。接下来，他们计划进一步扩展该方法的适用材料种类。
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