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異質(zhì)結(jié)構(gòu)新材料二硫化鉬,未來(lái)芯片的新潛力

2020-11-18
來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)綜合

二硫化鉬添加在原有PC原料上,可以達(dá)到導(dǎo)熱、散熱的要求。隨著半導(dǎo)體制程邁向 3 納米,如何跨越晶體管微縮的物理極限,成為半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。厚度只有原子等級(jí)的二維材料,例如石墨烯(Graphene)與二硫化鉬(MoS2)等,被視為有潛力取代硅等傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料。

二硫化鉬(MoS2)因其獨(dú)特的單層原子結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的光電特質(zhì),被認(rèn)為是最有希望替代硅,成為未來(lái)應(yīng)用在半導(dǎo)體、晶體管和芯片等高精尖科技領(lǐng)域中的理想材料之一,因此,近年來(lái)科學(xué)家們對(duì)二硫化鉬的探索與研究一直保持著濃厚的興趣。

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近日,洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)研究團(tuán)隊(duì)利用二硫化鉬開發(fā)出了一種“類大腦神經(jīng)元傳輸”的新型計(jì)算機(jī)芯片,兼具在相同電路中處理和存儲(chǔ)信息的能力,為計(jì)算機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)小型化、高效化和節(jié)能化提供新的思路。

二硫化鉬是一種過(guò)渡金屬硫族化物二維材料(TMDC),具備類石墨烯的層狀結(jié)構(gòu),同時(shí)擁有石墨烯沒(méi)有的直接帶隙半導(dǎo)體特質(zhì)。二硫化鉬由三個(gè)原子平面層(S-Mo-S)堆疊而成,具有較大的比表面積,電子遷移速率高,抗磁抗輻照,低耗環(huán)保,節(jié)能增效,穩(wěn)定性高,且能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?;a(chǎn),是光學(xué)電子設(shè)備的理想材料。

對(duì)鈷/二硫化鉬異質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行特征分析,發(fā)現(xiàn)在室溫下,異質(zhì)結(jié)構(gòu)間的交互作用仍然可以在非晶相的磁性材料中,誘發(fā)出常見于晶相結(jié)構(gòu)的「自發(fā)磁異向性」,為磁異向性的起源與操控,開辟嶄新視野。

磁異向性指的是磁性材料的磁化方向容易沿特定方向排列的特性,可用來(lái)定義數(shù)字記錄中的 0 與 1。

如何運(yùn)用新材料或是人工結(jié)構(gòu)的制備來(lái)發(fā)現(xiàn)新的磁異向性,并控制其方向,是目前發(fā)展磁儲(chǔ)存與磁感應(yīng)技術(shù)的重要關(guān)鍵,包括磁阻隨機(jī)存取內(nèi)存(MRAM)、手機(jī)的電子羅盤、陀螺儀,都會(huì)用到電子自旋的特性。與傳統(tǒng)電子組件相比,自旋電子組件可以提供更高能源效率和更低功耗,也被預(yù)測(cè)為是下一世代的主流組件。

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EPFL研究人員第一次將二維材料二硫化鉬成功地應(yīng)用于集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與邏輯運(yùn)算為一體的芯片當(dāng)中,這將顛覆傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)由中央處理器CPU處理數(shù)據(jù)再傳輸至硬盤存儲(chǔ)的模式。相關(guān)成果發(fā)布在《Nature》上。

據(jù)介紹,新型芯片是基于浮柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FGFET)的,通常應(yīng)用于相機(jī)、手機(jī)或者計(jì)算機(jī)設(shè)備的閃存系統(tǒng)。這些晶體管能夠長(zhǎng)時(shí)間保持電荷,而僅具備三個(gè)原子層厚度的二硫化鉬不僅可以進(jìn)一步減小電子設(shè)備的體積,還對(duì)晶體管中存儲(chǔ)的電荷具有較強(qiáng)的敏感性,因此可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。

中鎢在線二硫化鉬不僅在半導(dǎo)體、納米晶體管等光學(xué)電子領(lǐng)域中應(yīng)用潛力巨大,同時(shí)還可以作為潤(rùn)滑劑、抗氧劑、催化劑等,廣泛應(yīng)用于航空、汽車、采礦、造船、軸承等工業(yè)領(lǐng)域。

增進(jìn)磁異向性的另一個(gè)成因軌域混成(Orbital hybridization),深入探討產(chǎn)生這個(gè)現(xiàn)象的關(guān)鍵機(jī)制,進(jìn)一步研究操控自旋電子扇區(qū)方向的新方法,有機(jī)會(huì)為半導(dǎo)體業(yè)與光電等產(chǎn)業(yè),帶來(lái)突破性的發(fā)展。


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