漲知識！2-D電子既是金屬又是半導體
【據ScienceDaily網站9月18號報道】研究人員製作了第一個由單一材料製成的2D場效應晶體管。
金屬(右)和半導體(左)MoTe2晶體並排在同一平面上。矩形晶體代表金屬MoTe2，而六角形晶體則是半導體MoTe2的特徵。圖片來源：基礎科學研究所
現代生活將沒有晶體管幾乎是不可想像的。它們是所有電子設備中無處不在的組成部分:每一個計算機晶元都包含數十億個電子設備。然而，隨著晶元變得越來越小，目前的3D場電子晶體管(FETs)達到了它們的效率極限。在基礎科學研究所(IBS)的人工低維電子系統中心的一個研究小組，他們已經開發出了第一個由單一材料製成的2D電子電路。本研究發表在《自然納米技術》雜誌上，展示了一種利用相同材料製造金屬和半導體的新方法。
簡單來說，FET可以被認為是由兩個金屬電極和兩個金屬電極之間的半導體通道組成的。電子（或孔）從源電極移動到漏電極，會流經這些通道。雖然3D FET被成功地縮小到納米級尺寸，但它們的物理性能極限已經開始顯現。由於半導體通道長度過短會導致性能的降低使得一些電子(或洞)能夠在電極之間流動，也會造成熱量和效率的降低。為了克服這種性能下降現象，晶體管通道必須用納米級薄的材料製成。然而，因為未成對的電子的存在，即使使用薄的3D材料也不夠好，它表面上一部分所謂的「懸掛鍵」會干擾流動的電子，從而導致散射。
從薄型3D FET轉化到2D FET便可以克服這些問題，併兼有更多具有吸引力的屬性。研究的第一作者JiHoSung解釋說：「因為所有的電子都被限制在天然原子薄的通道中，沒有表面的懸掛鍵，所以由二維半導體製成的FET不受短通道效應的影響。此外，單層和二層形式的分層2D材料具有廣泛的電學和可調光學性質、原子尺度厚度、機械柔性和大帶隙（1?2eV）。」
2DFET晶體管存在的主要問題是：2D半導體和任何體金屬之間的界面處存在大的接觸電阻。為了解決這個問題，該團隊設計了一種新的技術來生產具有由相同化學化合物碲化鉬（MoTe2）的半導體和金屬的二維晶體管。它是一種多晶型材料，也就是說它既可以用作金屬也可以用作半導體。在半導體和金屬MoTe2之間界面處的接觸電阻非常低，屏障高度從150meV到22meV降低了7倍。
IBS科學家使用化學氣相沉積（CVD）技術來製造高品質的金屬或半導體的MoTe2晶體。多晶型物質是由填充有NaCl蒸氣的熱壁石英管爐內形成的，將溫度控制在710℃時得到金屬，670℃時得到半導體。
科學家們還利用鎢二硒化鎢(WSe2)與二氧化鎢(WTe2)交替使用條紋來製造更大的規模結構。他們首先通過化學氣相沉積創建了半導體WSe2，然後刮掉一些條紋，不久在其位置上產生了帶有金屬的WTe2。
預計將來可以實現更小的接觸電阻，達到理論量子極限，這被認為是研究二維材料（包括石墨烯和其他過渡金屬二硫屬元素材料）的主要問題。
原文來自ScienceDaily，由材料科技在線團隊翻譯整理
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