从薄层到堆叠

用多层平面内过渡金属二硫族化合物结实现的隧道FET

东京都立大学的科学家成功地设计了过渡金属二硫属化合物（TDMC）的多层纳米结构，这些结构在平面内相遇形成结。

他们从掺杂铌的MoS₂碎片的边缘生长出多层MoS₂结构，形成了一个厚的、键合的平面异质结构。他们证明，这些可以用来制造新的隧道场效应晶体管（TFET），用于超低功耗的集成电路。

虽然MOSFET构成了当今使用的大多数FET，但人们正在寻找下一代材料，以驱动要求越来越高、功率越来越小的紧凑型器件。这就是隧道FET（或TFET）的用武之地。

TFET依赖于量子隧穿，这是一种电子能够通过通常由于量子力学效应而无法通过的势垒的效应。尽管TFET消耗的能量要少得多，并且长期以来一直被认为是传统FET的一种有前途的替代品，但科学家们还没有想出一种以可扩展的形式实现这项技术的方法。

在这项最新工作中，由Yasumitsu Miyata领导的东京都立大学的科学家表明，通过使用CVD技术，他们可以从安装在衬底上的堆叠晶面边缘生长出不同的TMDC。结果是形成了多层厚的平面内结。

关于TMDC结的许多现有工作使用堆叠在彼此顶部的单层；这是因为，尽管平面内结具有出色的理论性能，但之前的尝试无法实现使TFET工作所需的高空穴和电子浓度。

在使用WSe₂生长的MoS₂证明了他们的技术的稳健性后，他们将注意力转向了掺杂铌的MoS₂，这是一种p型半导体。通过生长出未掺杂的MoS₂（一种n型半导体）的多层结构，该团队实现了TMDC之间具有前所未有的高载流子浓度的厚p-n结。

此外，他们发现该结显示出负微分电阻（NDR）的趋势，电压的增加导致电流的增加越来越少，这是隧穿的一个关键特征，也是这些纳米材料进入TFET的重要第一步。

该团队采用的方法也可在大面积上扩展，适合在电路制造过程中实施。

参考文献

'Multilayer In-Plane Heterostructures Based on Transition Metal Dichalcogenides for Advanced Electronics' by Hiroto Ogura et al; ACS Nano 27 Feb 2023

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