该图描绘了通过范德华外延生长合成金属一维镜孪晶边界（顶部）以及基于这些边界构建的大面积二维半导体集成电路（底部）。图片来源：韩国基础科学研究所
科技日报记者 张佳欣
韩国基础科学研究所范德华量子固体中心的研究团队找到了一种新方法，实现了宽度小于1纳米的一维金属材料的外延生长。值得注意的是，他们使用的是一维金属作为超小型化晶体管的栅极电极。这项研究于3日发表在《自然·纳米技术》杂志上。
半导体器件的集成度取决于栅极电极的宽度和长度。在传统的半导体制造工艺中，由于光刻分辨率的限制，将栅极长度减少到几纳米以下是不可能的。二维半导体二硫化钼的镜面孪晶边界（MTB）是宽度仅为0.4纳米的一维金属，因此，研究人员将其用作栅极电极，可克服光刻工艺的限制。
在这项研究中，通过在原子水平上控制现有二维半导体的晶体结构，研究团队将其转化为一维MTB，实现了一维MTB金属相。这不仅是下一代半导体技术的重大突破，也是基础材料科学的重大突破，它展示了通过人工控制晶体结构可大面积合成新材料相。
一维MTB晶体管在电路性能方面也具有优势。用于硅半导体器件小型化的鳍式场效应晶体管或全环绕栅极晶体管等技术由于器件结构复杂，容易产生寄生电容，导致高集成度电路不稳定。相比之下，一维MTB晶体管由于结构简单、栅极宽度极窄，可以将寄生电容降至最低。
研究人员表示，通过外延生长实现的一维金属相是一种新型材料工艺，可应用于超小型半导体制造，有望成为未来开发各种低功耗、高性能电子设备的关键技术。
