硬核，南京大学，一天连发2篇Nature!

iNature

二维过渡金属二硫化物 (TMD) 对超硅电子产品很感兴趣。有人提出，与单层相比，结合了良好的静电控制、更小的带隙和更高的迁移率的双层 TMD 可能会改善晶体管的能量延迟积。然而，尽管单层 TMD 的生长取得了进展，但多层的受控外延生长仍然是一个挑战。

2022年5月4日，南京大学王欣然，李涛涛，东南大学王金兰及马亮共同通讯在Nature 在线发表题为“Uniform nucleation and epitaxy of bilayer molybdenum disulfide on sapphire”的研究论文，该研究报告了双层二硫化钼 (MoS₂) 在 c 面蓝宝石上的均匀成核 (>99%)。

特别是，该研究设计了 c 平面蓝宝石上的原子平台高度，以实现边缘成核机制和 MoS₂ 域聚结成连续的厘米级薄膜。与基于单层薄膜的 FET 相比，基于双层 MoS₂ 通道制造的场效应晶体管 (FET) 器件在迁移率（高达 122.6 cm² V⁻¹ s⁻¹）和变化方面有显著改善。此外，短沟道 FET 的通态电流为 1.27 mA μm⁻¹。总之，这些基准测试结果表明，双层 MoS₂ 更适合硅以外的高性能晶体管技术。

另外，2022年5月4日，南京大学王肖沐，施毅，明尼苏达大学Tony Low及电子科技大学李雪松共同通讯在Nature 在线发表题为“Observation of chiral and slow plasmons in twisted bilayer graphene”的研究论文，该研究报告了在具有高度有序莫尔超晶格的宏观扭曲双层石墨烯 (tBLG)中直接观察到两种新的等离子体模式。使用 tBLG 的螺旋结构纳米带，该研究确定了由于光泵浦下电子气的未补偿 Berry 通量而产生的手性等离子体的特征。这些手性等离子体的显著特征通过它们对光泵浦强度和电子填充的依赖，以及与最大贝里通量的光谱窗口一致的明显共振分裂和法拉第旋转来显示。此外，该研究还发现了一个约 0.4 电子伏特的慢等离子体模式，这源于晶格松弛 AB 堆叠域中嵌套子带之间的带间跃迁。这种模式可能会为备受追捧的中波红外光谱窗口内的强光-物质相互作用开辟机会。该研究结果揭示了小角度 tBLG 的新电磁动力学，并将其作为独特的量子光学平台进行了例证。

超越硅的先进晶体管技术对新材料提出了非常严格的要求，这些材料应结合终极静电控制、足够的驱动电流和大面积均匀性。原子级薄的 TMD 可能会满足这些要求，并将摩尔定律扩展到 2 纳米节点之外。然而，由于依赖于层的电子特性，单层 TMDs 有几个基本的限制。(1) 固有迁移率（受声子散射限制）和态密度低于多层对应物。实际上，远程光学声子和外在杂质会更严重地降低单层中的迁移率。(2) 约 2 eV 的带隙导致较大的Schottky势垒高度和接触电阻，最终限制了超大规模 FET 的电流驱动能力。通过金属诱导的间隙态进行的费米能级钉扎进一步增加了单层 TMD 中的Schottky势垒高度。另一方面，量子传输模拟一直表明，双层 TMD 是平衡 5 纳米以下节点的性能和功耗的最佳选择。

c 面蓝宝石上单层与双层MoS₂生长的热力学分析（图源自Nature ）

在实验上，尽管对双层 TMD 器件（基于孤立薄片）的初步研究显示出良好的性能，但大面积均匀双层薄膜的生长已被证明非常具有挑战性。以前使用化学气相沉积 (CVD) 的尝试只能生长孤立的双层薄片，对产量、方向和均匀性的控制有限。另一种策略是逐层堆叠单层，但它缺乏精确的方向控制和大面积清洁界面。

使用动力学控制的生长工艺，金属有机CVD能够通过逐层外延的方式产生少层的TMD薄膜和异质结构，但生长速度比CVD低几个数量级，这限制了它们的实际应用。迄今为止，尚未证明具有大面积均匀性和明显电子性能优势的精确层控TMD外延。该研究报告了双层二硫化钼 (MoS₂) 在 c 面蓝宝石上的均匀成核 (>99%)。

特别是，该研究设计了 c 平面蓝宝石上的原子平台高度，以实现边缘成核机制和 MoS₂ 域聚结成连续的厘米级薄膜。与基于单层薄膜的 FET 相比，基于双层 MoS₂ 通道制造的场效应晶体管 (FET) 器件在迁移率（高达 122.6 cm² V⁻¹ s⁻¹）和变化方面有显著改善。此外，短沟道 FET 的通态电流为 1.27 mA μm⁻¹。总之，这些基准测试结果表明，双层 MoS₂ 更适合硅以外的高性能晶体管技术。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04523-5

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04520-8

—END—内容为【iNature】公众号原创，转载请写明来源于【iNature】

微信加群

iNature汇集了4万名生命科学的研究人员及医生。我们组建了80个综合群（16个PI群及64个博士群），同时更具专业专门组建了相关专业群（植物，免疫，细胞，微生物，基因编辑，神经，化学，物理，心血管，肿瘤等群）。温馨提示：进群请备注一下（格式如学校+专业+姓名，如果是PI/教授，请注明是PI/教授，否则就直接默认为在读博士，谢谢）。可以先加小编微信号（iNature5），或者是长按二维码，添加小编，之后再进相关的群，非诚勿扰。

投稿、合作、转载授权事宜

请联系微信ID：18217322697 或邮箱：[e-mail]

觉得本文好看，请点这里！