美國製造出高質量原子量級半導體薄膜
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- 分類：鉬業新聞
- 發佈於：27 五 2013
- 作者 CCJ
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據海外媒體報道，美國北卡州立大學研究人員日前表示，他們開發出了製造高質量原子量級半導體薄膜（薄膜厚度僅爲單原子直徑）的新技術。其材料科學和工程助理教授曹林友表示，新技術能將現有半導體技術的規模縮小到原子量級，包括激光器、發光二極管和計算機芯片等。
據悉，研究人員研究的材料是硫化鉬，它是一種價格低廉的半導體材料，電子和光學特性與目前半導體工業界所用的材料相似。然而，硫化鉬又與其他半導體材料有所不同，因爲它能以單原子分層生長形成單層薄膜，同時薄膜又不會失去原有的材料特性。
在新技術中，研究人員將硫粉和氯化鉬粉放置于爐內，幷將溫度逐步升高到850攝氏度，此時兩種粉末出現蒸發（汽化）幷發生化學反應形成硫化鉬。而繼續保持高溫，硫化鉬能沉積到基片上，形成薄薄的硫化鉬膜。
曹林友表示，他們成功的關鍵是尋找到了新的硫化鉬生長機理，即自限制生長，幷通過控制高溫爐中分壓和蒸汽壓來精確地控制硫化鉬層的厚度。據介紹，分壓代表懸浮在空氣中的原子或分子聚集成固體沉澱到基片上的趨勢；蒸汽壓代表基片上的固體原子或分子汽化進入空氣的趨勢。爲在基片上獲得單層硫化鉬，分壓必須高于蒸汽壓；分壓越高，沉積到底部的硫化鉬層就越多。如果分壓高于在基片上形成單層薄膜的蒸汽壓，但又低于形成雙層薄膜的蒸汽壓，那麽在分壓和蒸汽壓之間的這種平衡能確保在單層硫化鉬薄膜形成後薄膜生長自動停止，不再向多層發展。這就是“薄膜的自限制生長”。
半導體發展潜力堪比石墨烯
衆所周知，石墨烯在A股市場上不時掀起炒作狂潮，而石墨烯自身的發展，也早就不僅局限于概念的炒作。如今，分析人士表示，單層輝鉬材料有望取代現有的矽和熱門石墨烯，成爲下一代半導體材料，其發展潜力不容小覷。
2011年瑞士聯邦理工學院洛桑分校（EPFL）科學家製造出了全球第一個輝鉬礦微晶片，據悉，輝鉬是未來取代矽基芯片强力競爭者。領導該研究的安德拉斯·基什教授表示，輝鉬是良好的下一代半導體材料，在製造超小型晶體管、發光二極管和太陽能電池方面具有很廣闊的前景，而這次美國加州納米技術研究院製成的輝鉬基柔性微處理芯片，未來前景更加廣闊。
同矽和石墨烯相比，輝鉬的優勢之一是體積更小，輝鉬單分子層是二維的，而矽是一種三維材料。在一張0.65納米厚的輝鉬薄膜上，電子運動和在兩納米厚的矽薄膜上一樣容易，而輝鉬礦可以被加工到只有3個原子厚。
輝鉬所具有的機械特性也使得它受到關注，幷有可能成爲一種用于彈性電子裝置中的材料，可以用在製造可捲曲的電腦或是能够貼在皮膚上的裝置，甚至可以植入人體。英國《自然．納米技術》雜志就曾指出，單層的輝鉬材料具備良好的半導體特性，其有些性能還超過現在廣泛使用的矽和研究熱門石墨烯，未來有望成爲下一代半導體材料。
有分析指出，儘管石墨烯是最有可能在集成電路中替代Si的材料，但石墨烯幷非自然狀態的半導體材料，它必須經過特殊工藝處理來實現這一目標。輝鉬材料（MoS2）則是真正的半導體材料，幷且如石墨烯一樣可以製成原子級厚度的集成電路，但它與金屬導綫之間的連接存在問題。3月份，瑞士聯邦理工學院洛桑分校的研究人員實現了這一突破，他們發現可以利用氧化鉿將一個非常小的金電極連接到Si襯底的輝鉬材料上，這樣形成的集成邏輯電路的厚度（0.65nm）比Si集成電路更小，而且比同等尺寸的石墨烯電路更便宜。
另據外媒報道，南洋理工材料科學與工程學院的研究人員則開發出了一款基于單層MoS2材料的光電晶體管，幷對其電學性能進行了表徵研究。研究人員采用了膠帶機械剝離法在Si/SiO2襯底上沉積了單層MoS2材料；測量結果顯示這層MoS2厚度爲0.8nm。研究人員使用該材料製造了一個MoS2場效應管，其他部件還包括兩個鈦/金電極，以及300nm的Si上SiO2作爲源極、漏極和背栅材料。
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