目前，以矽為代表的傳統半導體材料正面臨嚴峻挑戰。科研人員通過原理創新、結構改進、工藝進步，很難大幅提升矽基半導體器件的整體性能。“後摩爾時代”已經悄然到來。作為有望取代矽基半導體材料的新壹代半導體材料，二維半導體的研究近年來進展迅速。
石墨烯因其機械強度高、導電導熱性能好、輕便、柔韌、透明等優點，壹度被稱為“新材料之王”，這也使得二維材料成為研究熱點。不幸的是，石墨烯中碳原子的獨特排列並不適合作為半導體，盡管它有利於電子的輕松高速流動。石墨烯沒有帶隙，因此無法選擇“開”或“關”電流，而這種二元開關機制是現代電子器件的基礎。
但是除了石墨烯，越來越多的二維材料被人類發現和研究，也有很多二維材料可以作為半導體，比如過渡金屬硫族化物、黑磷等。科學家已經通過這些二維材料制造了許多半導體器件，例如:
但在以二硫化鉬(MoS2)為代表的二維半導體器件的制造過程中，利用電子束光刻技術在這種原子二維材料的層上納米雕刻金屬電極，目前會造成壹些問題，產生“非歐姆接觸”和“肖特基勢壘”。
改革
最近，紐約大學工程學院化學和生物分子工程系教授Elisa Riedo領導的團隊報告了原子級薄處理器制造工藝的重要突破。這壹發現不僅將對納米芯片的制造工藝產生深遠影響，還將激勵世界各地實驗室的科學家探索二維材料在更小、更快的半導體中的應用。
該團隊在最新壹期的《自然·電子》雜誌上發表了他們的研究成果。
技術
他們演示的蝕刻技術采用了加熱到100攝氏度的探針，超過了在二硫化鉬等二維半導體上制造金屬電極的常見方法。科學家認為，這種過渡金屬是壹種很有前途的材料，可以取代原子微芯片中的矽。我們團隊開發的新制造方法稱為“熱掃描探針刻蝕(t-SPL)”，與目前的電子束光刻(EBL)相比具有壹系列優勢。
價值
首先，熱刻蝕技術顯著提高了二維晶體管的質量，抵消了肖特基勢壘。肖特基勢壘阻礙了二維襯底和金屬結處的電子流。其次，與EBL不同，熱蝕刻技術使芯片制造商很容易獲得二維半導體圖像，然後在所需位置描繪電極。第三，t-SPL制造系統有望大幅降低初始投資和運營成本:它們通過在壹般環境條件下運行，無需產生高能電子和超高真空，從而大幅降低功耗。最後，這種熱處理方法可以很容易地通過使用“平行”熱探針來擴展，因此它可以應用於工業生產。
裏多說，她希望t-SPL將許多加工過程帶出稀缺的潔凈室，並將其帶入個人實驗室。在潔凈室裏，研究人員必須為這些昂貴的設備爭取時間；在個人實驗室中，他們將迅速推動材料研究和芯片設計。3D打印機的先例就是壹個很好的類比。總有壹天，這些分辨率低於10納米的t-SPL工具會在普通環境條件下運行在標準的120伏電源上，會像她壹樣遍布各個研究實驗室。
參考數據
1/articles/ncomms8702
3鄭小芮、安娜麗莎·卡蘿、愛德華多·阿爾比塞蒂、、阿蔔杜拉·薩納德·阿爾哈比、吉德翁·阿雷費、劉小池、馬丁·施皮塞爾、柳元鐘、谷口高史、渡邊健二、卡爾梅拉·阿魯塔、阿爾韋托·恰羅基、安朵斯·基斯、布賴恩·李、米哈爾·利普森、詹姆斯·霍恩、達武·沙赫爾傑爾迪、埃莉薩·裏多。使用熱納米光刻在肖特基勢壘消失的單層MoS2上圖案化金屬接觸。大自然電子，2019；2(1):17 DOI:10.1038/s 41928-018-0191-0