在寻求用2D芯片取代硅的过程中向前迈出了一步

在寻求用2D芯片取代硅的过程中向前迈出了一步 2023-03-09 09:38:33 1177

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在室温下具有非常高电荷迁移率的代表性2D半导体

二维半导体有机会取代硅基芯片,推动电子设备性能的重大进步。然而,许多问题仍然阻碍着这些设备的发展。

一个主要问题是载流子迁移率,即电子在半导体中的移动速度。这些2D半导体在这一领域的速度是出了名的慢,限制了改进和实际应用的能力。

德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)的研究人员发现了十几种不同的二维半导体材料,这些材料可以让电子快速移动,这为电子性能的飞跃打开了大门。

“如果你能用二维半导体取代硅,那将导致更快的设备,消耗更少的能量,”领导该项目的科克雷尔工程学院沃克机械工程系和德克萨斯材料研究所的助理教授Yuanyue Liu说。

传统硅基半导体和2D半导体之间的最大区别在于它们的几何形状。二维半导体要薄得多,只有几个原子层厚。这在许多方面都是有利的,因为半导体小型化的推动继续升温。

二维半导体的紧凑特性也带来了问题。电子被挤得很紧,没有多少移动的自由。散射源可以更容易地使它们在这些更小的空间中偏离轨道,这就是为什么二维半导体中的载流子迁移率通常很低,阻碍了功率和效率的提高。

研究人员发现的14种载流子迁移率高的材料是这个问题的一个例外。这些材料的独特性质使电子更加透明,使它们基本上不被散射物所看见,并允许电子保持在轨道上。

为了找到这些材料,研究人员使用了一个现有的材料数据库和一份他们假设会提高流动性的特性清单。然后,他们使用量子力学方法来精确计算材料中的载流子迁移率。

Yuanyue Liu说:“在数千种材料中,我们只发现了14种具有潜在高载流子迁移率的材料,这与传统观点并不矛盾。”“这表明,要找到具有高载流子迁移率的2D半导体是多么困难。”

Yuanyue Liu说,下一步是与实验研究人员合作,致力于制造材料来测试和验证他们的发现。虽然刘对这一发现很有信心,但他提醒说,这仍然是理论上的,需要通过实际测试来证实。

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