研究人員正在利用世界上最細(xì)的金屬線作為柵極電極（控制晶體管打開和關(guān)閉的關(guān)鍵部件），制作出微型晶體管。
研究人員沒有使用硅或金屬，而是用二硫化鉬（molybdenum disulfide）制作了這種柵極——這種半導(dǎo)體可能在未來幾十年取代硅。當(dāng)兩片錯位的 MoS2碎片結(jié)合在一起時，它們的邊界會變成一條只有 0.4 納米厚的導(dǎo)線，比當(dāng)今最先進 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大田基礎(chǔ)科學(xué)研究所，他們將這條導(dǎo)線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來制造晶體管。他們的方法可能不會很快投入商業(yè)生產(chǎn)，但這一壯舉可能會鼓勵研究人員進一步探索這種線并在未來幾年制造出更多實用的晶體管。
二硫化鉬是二維半導(dǎo)體的一個典型例子。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和類似的所謂過渡金屬二硫化物方面取得了令人難以置信的進展。就MoS2而言，該化合物的分子結(jié)構(gòu)使其厚度僅為三個原子（約 0.4 納米）。
二硫化鉬在縮小晶體管的柵極長度（源極和漏極之間的距離）方面可能具有另一個關(guān)鍵優(yōu)勢，電荷載流子進入和離開晶體管，最先進的研究已經(jīng)推動了硅可能的柵極長度最小到 5 納米左右，但硅晶體管的柵極長度越短，當(dāng)它處于關(guān)閉狀態(tài)時就越容易漏電。二硫化鉬的帶隙較大，可能使其具有更強的防漏能力。
當(dāng)然，研究人員仍然沒有確定制造具有亞納米柵極長度的MoS2晶體管的方法。一些實驗室已經(jīng)通過使用不同的材料作為柵極來實現(xiàn)這一點——制造具有薄柵極的MoS2晶體管，該柵極由單層石墨烯或單個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MoS2本身的一個奇特特性。
當(dāng)MoS2在藍寶石（一種常見的 2D 半導(dǎo)體襯底）上生長時，該材料傾向于以兩種可能的方向之一生長，每個方向彼此錯開 60 度。如果你讓一個方向的一塊接觸另一個方向的一塊，兩者將在邊界處形成一條線，就像一條角度奇怪的道路，兩個錯開的城市街道網(wǎng)格相遇。
材料科學(xué)家?guī)啄昵熬鸵呀?jīng)知道這些邊界線，并稱之為鏡像孿生邊界 (MTB：mirror twin boundaries)。其中一位測量結(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。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)線用作由周圍材料構(gòu)成的晶體管的柵極。
為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員首先從兩塊錯位的二硫化鉬碎片開始，中間是 MTB 線。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?？偣?，他們用超薄柵極電極制造了總共 36 個功能性 FET。
研究人員樂觀地認(rèn)為，他們的技術(shù)或類似的技術(shù)有朝一日可能會成為制造設(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)計它將成為未來開發(fā)各種低功耗、高性能電子設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)?！蔽磥?，研究人員可能能夠 通過更好地控制電線的特性來設(shè)計電子產(chǎn)品。
然而，斯坦福大學(xué)電氣工程師Eric Pop （他研究 MoS 2，并未參與這項研究）對boundary 的方法從實驗室過渡到工廠的可能性并不樂觀?！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，”Pop 說。“柵極必須是金屬，并被圖案化成電路幾何形狀，”他說，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 和同事那樣在藍寶石上生長二維半導(dǎo)體并不理想。在藍寶石上培育后，必須費力地將二維材料轉(zhuǎn)移到硅晶片上。相反，Pop 表示，實用的二維半導(dǎo)體應(yīng)該直接在二氧化硅或硅等材料上生長。
盡管波普有所顧慮，他仍然稱這項研究是“良好的科學(xué)成果”，對于研究MTBs的科學(xué)家來說尤其有用。