摩尔定律是一个半导体的经验定律，表示集成电路中的晶体管数量每隔几年就会翻一番。但是，由于晶体管太小，以至于当前的基于硅的技术无法提供进一步缩小的机会，因此摩尔定律开始呈现失效的趋势。

克服摩尔定律这种失效趋势的一种可能性是求助于二维半导体。二维半导体，也称2D半导体，是指原子尺度厚度的一类天然的半导体，比如单层石墨烯是只有一个碳原子的平面单层，与石墨烯结构相似的六方氮化硼、过渡金属二硫化碳单分子层等。

2D单层半导体之所以重要，是因为它比传统采用的块状形式表现出更强的压电耦合，这使得2D材料可以在用于传感和驱动的新型电子组件中应用。在固体物理学这一新兴的研究领域中，当前的主要重点是通过使用石墨烯作为电导体，六方氮化硼作为电绝缘体以及二维过渡金属作为半导体来设计纳米电子元件。

这些二维材料非常薄，以至于它们可以允许自由电荷载体，即电子和载有信息的晶体管中的空穴，沿着超薄平面传播。这些电荷体可非常容易地切换半导体。它还允许电荷载体的方向路径移动而不会发生散射，因此导致晶体管的电阻无限小。

这意味着从理论上讲，二维材料可导致晶体管在其通/断的切换时不会浪费能量。从理论上讲，它们可以非常快速地切换，并且在非操作状态下也可以关闭到绝对零电阻值。这听起来很理想，但实际上，创建如此完美的超薄半导体存在许多技术障碍。当前的技术障碍之一是所沉积的超薄膜充满晶界，使电荷载体从其反弹回来，因此电阻损耗增加。

最令人兴奋的超薄半导体之一是二硫化钼（MoS2），由于其电子性能，在过去的二十年中一直是研究的对象。然而，事实证明，获得没有任何晶界的超大型二维MoS2是一个真正的挑战。使用任何当前的大规模沉积技术，都已经达到了可接受的成熟度，而无晶界的MoS2对制造IC至关重要。然而，现在，新南威尔士大学化学工程学院（UNSW）的研究人员已经开发了一种基于新沉积方法消除这种晶界的方法。

该最新研究结果论文发表在最近的《先进功能材料》上，论文作者中有四名中国学者。

该论文的第一作者王伊芳（YifangWang），她说，“这种独特的功能是在液态金属镓的帮助下实现的。镓是一种令人惊奇的金属，其熔点仅为29.8摄氏度。这意味着在正常的办公室温度下它是固体，但是如果放在手掌上时会变成液体。它是一种熔化的金属，因此其原子表面光滑。它也是一种常规金属，这意味着它的表面提供了大量的自由电子，以促进化学反应。

“通过将钼和硫的来源带到镓液态金属的表面附近，我们能够实现形成钼硫键的化学反应，从而建立所需的MoS2。形成的二维材料被模板化到原子光滑表面上。镓，因此它是自然成核的，并且没有晶界。这意味着通过第二步退火，我们能够获得非常大的MoS2区域，而没有晶界，这对于扩大这种迷人的超光滑半导体是非常重要的一步。”

2D过渡金属二硫化碳（TMD）在研究和未来的光电子学中发挥着越来越重要的作用。但是，由于稀疏成核和对衬底的依赖性，二维TMD的大规模沉积仍然具有挑战性。液态金属由于具有反应性，非极化和模板性质，因此可以提供有效的解决方案来应对这些挑战。

研究人员通过将钼前驱物引入镓和铟的共晶合金（EGaIn）的表面来显示2D硫化钼的自沉积。EGaIn用作前体的超光滑模板和还原剂，形成大规模的平面硫化钼，可将其转移到任何基材上。硫化钼在EGaIn的表面上自发形成，它具有足够的潜力来驱动沉积过程的阴极反应。在最后的退火步骤之后，获得了高度结晶的2H-MoS2。这项工作展示了从根本上形成大规模2DTMD的新功能。

这种方法有可能扩展到制造其他二维半导体和介电材料，以便制造出许多可以用作晶体管不同部分的材料。

参考：YifangWangetal.SelfDepositionof2DMolybdenumSulfidesonLiquidMetals,AdvancedFunctionalMaterials.DOI:10./adfm.

#半导体#