电子发热友网报道（文/黄山明）1965年，英特尔笼络创始人戈登·摩尔提出了知名的“摩尔定律”，它预测每隔18至24个月，芯片上可容纳的晶体管数目将翻倍，从而带来本能擢升或本钱低重。但跟着晶体管尺寸贴近物理极限，进一步缩小变得越来越艰难，这时就必要新资料的显露，来行动守旧硅基芯片的代替品，从而延续摩尔定律。

　　据外媒报道，美邦能源部普林斯顿等离子体物理试验室（PPPL）切磋职员正正在研发下一代芯片，这种芯片具有更小、更薄、更高效的特征，更值得留意的是，该芯片行使的资料为过渡金属二硫化物（Transition Metal Dichalcogenides，TMD）而非守旧的硅（Si）。

　　1954年，贝尔试验室的约翰·巴丁、沃尔特·布拉顿和威廉·肖克利因创造晶体管而取得诺贝尔物理学奖。这一创造不只变换了一切电子工业的进展轨迹，还奠定了今世消息社会的根源。而且，晶体管的创造也被誉为20世纪最要紧的创造之一。

　　可是正在最早先，晶体管苛重行使锗行动半导体资料。一方面受限于当时的技能，锗相关于硅来说更容易实行提纯和加工。锗的熔点比硅低，这使得它正在创修经过中更容易统治。其余，锗的掺杂技能正在当时更为成熟，不妨更牢靠地左右资料的导电本能。

　　同时锗的禁带宽度比硅小（锗的禁带宽度约为0.67 eV，而硅的禁带宽度约为1.12 eV）。这意味着锗正在室温下就能容易地发生自正在载流子（电子和空穴），从而更容易导电。这关于早期的晶体管技能来说出格要紧，由于它使得锗正在室温下就可能有用地职责，而不必要卓殊的加热或其他条目。

　　而且正在晶体管创造之前，锗仍旧被遍及切磋用于其他电子使用，比如点接触整流器。这种切磋根源使得锗成为自然的遴选，由于科学家和工程师对锗的性子仍旧有了肯定水平的懂得。

　　但锗行动半导体资料也有其明白的瑕玷，苛重是正在温度上升时其本能会低重。锗的电阻率随温度升高而火速低重，这意味着正在高温境况下，锗基晶体管大概会变得不巩固。

　　跟着1959年罗伯特·诺伊斯和安迪·格鲁夫等人正在仙童半导体公司更正了集成电途的策画，采用平面工艺，使得硅成为创修集成电途的苛重资料。并正在随后的工业中，硅徐徐庖代了锗。

　　但正在进展半个世纪后，而今的硅基芯片仍旧早先面对着少少明显的题目，人人与物理极限、经济型和境况要素相合。如跟着晶体管尺寸的减小，量子效应如地道效应早先透露，导致电流走漏和信号搅扰，这下降了芯片的本能和牢靠性。同时小尺寸晶体管会发生更众的热量，散热题目变得越来越重要，这局部了芯片的本能和密度。

　　假如行使其他资料来代替硅基制制芯片，就有大概办理这些题目。近几年来科研职员研究了很众新的资料如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP），可能正在高频和高功率使用中显露出上风，而铟镓锌氧化物（IGZO），可能用于创修透后、柔性电子器件。

　　个中，TMD搜罗MoS2正在内的一系列化合物，因其优秀的光电、机器和热本能，被遍及视为后硅基半导体期间延续摩尔定律的理思候选资料之一。

　　所谓的TMD是一类具有MX2型机合的半导体资料，个中M代外过渡金属（如Mo、W等），X代外硫属元素（如S、Se、Te）。这类资料因其奇异的能带机合、半导体或超导性子以及优越的机器本能等，正在纳米电子器件和光电子学等范围具有广大的使用前景。出格是单层的TMD，比如MoS2，因其直接带隙的性子正在光电探测范围显示出雄伟的潜力。

　　据美邦PPPL的切磋职员呈现，TMD可能薄至三个原子，靠外的两层可能采用硫族元素，或者也可能称为氧族元素。而中央的那层，可能用任何的过渡金属代替。

　　因为这种资料太薄，导致任何一层显露确实或者众出原子等轻细的转折，都市影响到资料的本能。纵然这种转折被称为“缺陷”，但并不料味着这种“缺陷”是无益的。

　　切磋职员流露，可能依据缺陷的类型和性子来取得有益的资料，比如可能正在资料中发生过量的电子，让其成为n型（即具有更众电子的资料）或发生更众的空穴造成p型（即具有更众空穴或正电荷的资料）。

　　正在阴谋机芯片中行使n型和p型资料的组合可能供应更好的导电性，而今的少少半导体技能是通过掺杂来取得相像的性子。

　　而且与硅半导体比拟，TMD具有可调剂的带隙，可通过变换层数来左右，最薄时只要一层，高度仅有三个原子。这也意味着比拟过去的硅基资料，TMD可能行使区别的资料来创修，既活络又耐用。

　　早正在2021年，南京工业大学前辈资料切磋院黄维院士、闫家旭切磋员团队便揭晓了干系论文，个中提到通过堆垛工程，可能正在原子秤谌上调控TMD的光电性子，为后摩尔期间新器件的策画供应新的维度。发展二维资料堆垛调控切磋将为后摩尔期间新器件的策画供应新的维度，从源流上办理集成工艺的兼容性题目，正在芯片的根源题目切磋和助推我邦半导体芯片自助进展两方面都具有要紧道理。

　　当然，纵然这种资料出格梦幻，但切磋仍处于相对根源的阶段，很众资料尚未被深切切磋或合成，本质使用中还存正在着巩固性、可创修性以及与现有硅基技能的兼容性等题目。

　　其余，TMD的电子器件本能，如载流子迁徙率等，固然具有潜正在的上风，但目前尚未到达可能齐全庖代硅的秤谌。

　　从而今芯片的进展途途来看，台积电仍旧朝着1nm制程芯片进发，而其他公司也接踵推出了2036年前亚纳米晶体管的进展途径图，而英特尔仍旧正在切磋用TMD创修晶体管。PPPL的切磋院以为，到2030年，希望具有一个可用于兴办的真正TMD晶体管。

　　硅永恒以后连续是集成电途创修的苛重资料，但跟着技能节点的不竭缩小，硅基芯片碰到了物理极限和经济效能题目。这就必要有新的资料来代替硅从而延续摩尔定律，TMD便是个中之一，其正在外面上具备延续摩尔定律的潜力，但要杀青这一点，还必要正在资料合成、器件加工和本能优化等方面得到更众冲破性转机。跟着科研职责家的不竭戮力，TMD正在来日半导体技能中的使用前景是值得盼望的。