使用异质外延技术的原子“拼凑”用于下一代半导体器件

      来自东京都立大学的研究人员已经生长出原子级薄的过渡金属二硫化物（TMDCs）结晶层，其在空间上具有不同的成分，不断地将不同类型的TMDC“喂”入生长室以定制性质的变化。实例包括由具有原子直接界面的不同TMDC包围的20nm条带和分层结构。他们还直接探测了这些异质结构的电子特性，潜在的应用包括具有超高电源效率的电子产品。

      半导体在现代是不可或缺的，基于硅的集成电路支持数字万物的运行，从计算机、智能手机和家用电器等分立设备到各种工业应用的控制组件。大量的科学研究已经针对半导体设计的下一步，特别是应用新材料以设计更紧凑、有效的，利用纳米尺度的材料量子力学行为的电路。

      过渡金属二硫化物（或TMDCs）有希望成为掺入新半导体器件的候选物。它们由钼和钨等过渡金属和硫或硒等硫属元素（或16族元素）组成，可形成层状晶体结构，当金属元素发生变化时，其性质会发生巨大变化，从普通金属到半导体，甚至到超导体。通过可控地将不同TMDC的区域编织成单个异质结构（由具有不同组成的区域制成），可以生产具有与现有装置截然不同的优异特性的原子级薄电子器件。

      由来自东京都立大学的YuKobayashi博士和Yasumitsu Miyata副教授领导的团队一直处于使用气相沉积技术创建具有不同TMDC的二维异质结构的最前沿，将前体材料以蒸汽状态沉积到其上表面形成原子级平坦的结晶层。他们面临的最大挑战之一是在不同域之间创建一个完美平坦的界面，这是充分利用这些设备的基本功能。现在，他们成功地设计了一个连续工艺，在现有区域的边缘生长明确定义的不同TMDC的晶体条带，创建了具有不同成分的20nm薄的条带。他们的新工艺使用液体前体，可以顺序进料到生长室中，通过优化生长速度，他们能够生长具有不同域的异质结构，这些域在原子直边上完美连接。他们使用扫描隧道显微镜（STM）直接对连接进行成像，发现与理想界面与第一原理数值模拟非常一致。该团队使用了四种不同的TMDC，并实现了层上异质结构。

      通过创建原子级锐利的界面，电子可以有效地限制在这些2D器件上的一维空间中，以精确控制电子传输和电阻率以及光学性质。该团队希望这可以为具有前所未有的能效和新颖光学特性的设备铺平道路。家用电器产品也将有可能因此得到创新性的发展。