迎接未來的量子世代　新一代二維材料大幅提高半導體性能

編譯／高晟鈞

二維材料是指在形成晶結構時，在垂直的方向只有一層分子，像一張紙。最初發現二維材料是在石墨烯當中，一個全是碳原子所組成的六角型蜂巢結構，由微弱的凡德瓦力連接。

過渡金屬二硫屬化合物

像石墨烯這樣由單一種原子形成的二維材料還有幾種，譬如由磷、矽等原子組成的二維結構。現在於應用領域研究的最密集的則是TMD（Transition Metal Dichalcogenide，過渡金屬二硫屬化合物），其中最著名的便是MoS2了。

TMD由於其極大化的靜電效率（maximum electrostatic efficiency）、機械強度、可調電子結構、透光、傳感器選擇性等優異性質，開始被考慮用於半導體、光子、感測、能源元件等領域。

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新一代二維材料的前沿──MoS2

MoS2的電子等效質量較矽大3倍左右，因此晶體管在「關」的狀態下漏電流小，代價是在「開」的狀況下通過的電流也小。但是MoS2的飽和電流並不會限制它繼續微縮，這使得MoS2在深奈米的電晶體應用上比矽為佳，這也是目前最熱門的研發方向。

MoS2遭遇瓶頸

儘管機械剝離的MoS 2眾所周知具有比這高得多的電子遷移率，但其大面積生產具有挑戰性。此外，尚不清楚如果 2D TMD 器件與新一代2D金屬而不是標準3D金屬（如 Au、Ti、Ni 等） 接觸，其性能會如何。

因此，研究團隊試著，利用一種名為PEALD的技術（Plasma-Enhanced Atomic Layer Growth），在二維半導體MoS上大面積生長二維金屬TiSx。

積極的研究成果

研究人員發現，當與2D金屬TiSx接觸時，MoS2晶體管的性能幾乎比Ti、Au等3D金屬高了3倍之多。

不同溫度下的電荷傳輸研究揭示了元半導體結勢壘高度的變化及其對接觸電阻的影響。為了了解這個新系統，研究人員進行了TCAD設備模擬，以可視化原子層中電荷載流子的分佈。他們發現，在TiSx存在時，MoS2的載流子密度增加，也意謂著性能的提升。

這些結果都將使未來不管2D、3D的器件變得更薄。這將對未來不管是深奈米科技、量子領域或二維半導體令譽的新電荷傳輸方面，打下良好的基礎。

資料來源:Phys.org

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