集成电路经历了七十余年的飞速发展，芯片实现了单一功能向多功能的延伸，给人们生产生活方式带来了变革性进步。现今，互联网的高速发展及5G通讯的成功研发使电子信息数据呈爆发式的指数增长，进而推动了下一代芯片在数据处理速率上更高需求。提高芯片数据处理能力最直接的方法，即缩小组成芯片的最小单元——晶体管的几何尺寸，来提高芯片当中的晶体管数量，可以实现更快的数据处理速率。但随着晶体管尺寸微缩接近物理极限，传统硅基沟道材料出现了电学性能衰退、短沟道效应显著等挑战，导致集成电路数据处理能力提升难、功耗急剧增加等问题。而二维过渡金属硫族化合物（TMDCs）具有丰富的材料体系、原子级超薄厚度、表面平整无悬挂键、与硅基不错的兼容性等优势，可突破晶格匹配实现异质结构的自由组装，有望突破硅基集成电路在极限尺寸微缩下的各项挑战，是下一代集成电路的最具潜力候选材料之一。因此，本文着重介绍了二维TMDCs材料与电子器件在集成电路应用的各方面优势，系统阐明了二维TMDCs集成电路在材料控制生长、范德华界面优化以及器件设计构筑等方面的关键科学问题及相应解决措施，分析了二维TMDCs集成电路产业化进程中的综合性挑战, 明确了“与硅基兼容”二维TMDCs集成电路发展路线的优势、可行性与突破方向。

图 1 后摩尔时代集成电路发展路线。这种具有不同工作原理以及结构的非传统CMOS器件，理论上能够实现更高的功能密度、更快速的性能跃升、更低的功耗以及更优异的稳定性

论文信息

与硅基技术兼容的二维过渡金属硫族化合物电子器件

Yu Geng, Chao Chen, Kuanglei Chen, Xiankun Zhang, Zheng Zhang,* and Yue Zhang*

DOI:10.1360/TB-2023-0717

原文链接: https://doi.org/10.1360/TB-2023-0717