磷车削金属解决二维半导体的电阻问题

随着摩尔定律的进展放缓，研究人员已经开始研究利用半导体性能增益的新方法。半导体领域的一个新兴分支是二维（2D）半导体，这是一种有望比传统解决方案提高性能和效率的材料结构。

然而，在这项技术成为现实之前，一些技术挑战仍然必须解决。本周，阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究人员宣布了一篇研究论文，描述了一种新材料，超薄蓝磷半导体，它克服了2D半导体的现有挑战，如接触电阻。

 

FET基于一种新发现的蓝色超薄磷。图片由科大提供

 

在本文中，我们将讨论2D半导体的优势，以及KAUST团队如何利用堆叠磷材料的特性来释放更高的晶体管性能。

 

二维半导体的现状

近年来，二维材料因其在电子、光电子和量子计算等应用中的前景而备受关注。

2D半导体由晶格结构中排列的单层原子组成，非常薄，具有独特的电子和光学特性。

 

2D材料具有单个原子的厚度。图片由Ossila提供

 

2D半导体的一个关键优势是其高载流子迁移率，这指的是电子和空穴可以很容易地在材料中移动。这种特性使它们在高性能晶体管中具有吸引力，高迁移率相当于快速的开关速度和低的导通损耗。

除此之外，2D半导体的另一个重要特性是其可调带隙能量，即将电子从价带激发到导带所需的能量。重要的是，半导体的带隙能量也决定了材料能够吸收和发射的光的颜色。因此，通过可调带隙能量，2D半导体很容易在特定应用中进行优化，以获得高性能，例如发光二极管（LED）或太阳能电池。

 

KAUST用蓝色磷光体做出惊人发现

本周，科大的研究人员在自然界其描述了2D半导体材料的进展。

2D半导体采用的一个主要障碍是接触电阻。2D半导体通过金属触点与外界连接，金属触点本质上是三维的，与半导体的2D性质不同。因此，2D半导体和3D金属之间的接触点产生电流拥挤，导致接触电阻增加。这种电阻使2D半导体的功率效率最小化，这最终限制了它们的生存能力。

为了应对这一挑战，科大的研究人员用一种新发现的二维蓝色磷烯作为单一的电活性材料进行了实验。单独来看，蓝色磷光体是一种半导体；然而，当材料堆叠成双层时，它就变成了金属。因此，通过堆叠蓝色磷层，KAUST的研究人员利用了2D材料的优势，而没有由于2D材料和3D金属之间的不匹配而产生的接触电阻。

通过对扶手椅和Z字形两种不同的传输方向进行实验，研究人员制造出了表现出非凡性能特征的晶体管。

 

扶手椅和锯齿形装置的效果。自然提供的图像。（点击放大）

 

具体而言，所得到的器件表现出高达2.6的高离子/Ioff比 × 104和高达811μS/μm的跨导。根据研究人员的说法，这些数值明显优于现有的2D FET。