在KAUST發(fā)現(xiàn)單晶TMD納米帶的外延生長(zhǎng)過(guò)程之后，半導(dǎo)體制造商越來(lái)越關(guān)注二維材料，例如過(guò)渡金屬二鹵化物(TMD)。晶體管設(shè)計(jì)的一種新興趨勢(shì)涉及節(jié)省空間的體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)將組件彼此堆疊。TMD對(duì)于這些系統(tǒng)具有潛力，因?yàn)樗鼈円子谛纬删哂须?，光和磁活性的稱為納米帶的薄片。但是，典型的半導(dǎo)體工藝(例如光刻)需要復(fù)雜的過(guò)程才能生產(chǎn)出具有足夠質(zhì)量的TMD用于器件。

與美國(guó)，比利時(shí)和臺(tái)灣的研究人員合作，KAUST的Vincent Tung及其同事正在開(kāi)發(fā)使用表面模板指導(dǎo)單晶生長(zhǎng)的TMD制造的替代方法。

研究人員Areej Aljarb在用高分辨率電子顯微鏡分析候選人時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種名為三氧化鎵(Ga 2 O 3)的半導(dǎo)體的不尋常之處。在用膠帶剝離了片狀材料層之后，她看到了一系列狹窄的，梯狀的壁架，這些壁架在整個(gè)Ga 2 O 3表面上上下移動(dòng)。

“臺(tái)階非常陡峭且暴露良好，” Aljarb說(shuō)。“而且由于位于這些壁架附近的原子具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此它們可以沿特定方向推動(dòng)生長(zhǎng)。”

KAUST的研究人員正在開(kāi)發(fā)使用表面模板指導(dǎo)單晶生長(zhǎng)的TMD制造的替代方法。信貸：2020 KAUST

當(dāng)研究小組將Ga 2 O 3表面暴露于鉬和硫的混合氣體中時(shí)，他們觀察到TMD納米帶沿著壁架縱向結(jié)晶，其結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有缺陷。顯微鏡實(shí)驗(yàn)和理論模型表明，壁架原子具有獨(dú)特的高能特征，能夠使成核排列形成單晶納米帶。董說(shuō)：“幾十年來(lái)，科學(xué)家一直試圖在絕緣體上生長(zhǎng)二維單晶半導(dǎo)體，這項(xiàng)工作表明，控制襯底的壁架是關(guān)鍵。”

有趣的是，納米帶可以被拉出并轉(zhuǎn)移到其他基材上而不會(huì)損壞它們。為了探索壁架定向生長(zhǎng)技術(shù)的潛在應(yīng)用，該國(guó)際小組聯(lián)合起來(lái)設(shè)計(jì)了一種晶體管，該晶體管能夠從Ga 2 O 3模板中摻入納米帶。電子測(cè)量表明，新晶體管可以高速運(yùn)行，并且具有與通過(guò)更多勞動(dòng)密集型技術(shù)生產(chǎn)的TMD材料相似的放大系數(shù)。

Aljarb指出：“利用弱的物理相互作用，納米帶沿著壁架生長(zhǎng)，從而保持原位，這意味著TMD與下面的Ga 2 O 3襯底之間不會(huì)形成化學(xué)鍵。” “這一獨(dú)特的功能使我們能夠?qū)⒓{米帶轉(zhuǎn)移到異質(zhì)基材上，用于許多應(yīng)用，包括晶體管，傳感器，人造肌肉和原子薄的光伏材料。”