極薄絕緣層與二維 (2D) 半導體的有效集成，可以制造出厚度低于 1 納米、電容可與 SiO2媲美的 2D 晶體管。這些晶體管反過來可以幫助提高電子設備的性能并降低功耗。
中國南開大學的研究人員最近介紹了一種合成單晶金屬納米片的新方法，這種納米片可以輕松轉移到二維基板上。《自然電子學》雜志上的一篇論文概述了這種方法，該方法已成功用于沉積基于 Al2O3或 HfO2的 2 納米厚電介質，用于高性能頂柵晶體管。
論文通訊作者吳金雄告訴 Tech Xplore：“我們一開始的目標是開發(fā)2D Cu2 O 的化學氣相沉積(CVD) 合成策略，這是一種p型高遷移率 2D 半導體。”
“然而，我們使用 CuCl 和 Bi2O3作為反應前體，得到的卻是單質 Cu 金屬。此外，通過改變金屬氯化物的類型，我們還可以得到其他二維金屬，例如 Pd 和 Au。”
在查閱先前的文獻時，吳和他的同事發(fā)現(xiàn)，基于 Pd 和 Au 的二維金屬尚未使用 CVD 合成，而 CVD 是一種常用于在基底上生產(chǎn)薄膜或材料的工藝。有趣的是，他們還意識到幾乎所有的二維金屬納米片都具有原子級平坦的表面，并且可以在基底上垂直生長。
“我一直在問自己和我的學生‘我們能用這些知識做什么?’”吳說。“就在我們準備放棄這個項目的時候，鰭片場效應晶體管的配置給了我啟發(fā)。
“如果我們能夠將垂直生長的二維金屬與原子層沉積(ALD)電介質結合在一起，就可以避免ALD技術與二維半導體之間的兼容性問題，以及在超薄電介質上沉積頂柵電極的破壞性步驟，為制造具有亞納米電容等效厚度的二維場效應晶體管(FET)提供了一條途徑。”
為了整合金屬納米片和介電材料，吳和他的學生直接在垂直生長的二維金屬上沉積了原子級薄而平坦的介電材料，即 Al2O3和 HfO2。與通常用作晶體管通道半導體的二維過渡金屬硫化物二硫化鉬 (MoS2) 不同，二維金屬具有與 ALD 技術兼容的表面。在 ALD 生長之后，可以使用形成范德華界面的一步法將金屬/氧化物堆棧與二維半導體集成。
該研究團隊最近的研究介紹了一種基于二維金屬和原子層沉積電介質制造二維晶體管的極具前景的方法。他們提出的策略需要使用超光滑垂直二維金屬來實現(xiàn)超薄高κ氧化物的高質量 ALD 生長，以及隨后的金屬/氧化物堆棧的一步范德華集成。
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