摩尔定律 摩尔定律是由英特尔创始人之一戈登·摩尔提出来的。这条定律大致是说，当价格不变时，集成电路上的电子元件数目没过18到24个月就会翻倍，相应的性能也会翻倍。相信大家对此都深有体会，去年买的手机，今年就便宜了很多，而且相同价钱买到的手机，性能也提高了很多。不过摩尔定律不会无限的持续下去，当电子元件的体积非常小的时候，不仅制作工艺难度会大大提高，器件的物理和化学性质也会发生很大变化。目前硅片上的晶体管几乎达到了极限，研究人员们正在进一步寻找可以延续摩尔定律的新一代材料，二维半导体就是其中之一。
二维半导体 二维半导体材料是由单层或少数层原子或者分子层组成，层内由较强的共价键或离子键连接，而层间则由作用力较弱的范德瓦耳斯力结合。它们因独特的结构而具有奇特的特性与功能。典型的二维半导体材料有石墨烯（单层石墨）和过渡金属硫化物。石墨烯具有相当优异的电子传输特性，电子迁移率高出传统硅材料100倍，电导率可达106Sm-1，可是说是目前已知的室温下导电性能最好的光电材料。由过渡金属硫化物制作而成的晶体管有很高的开关比。这些优异的性能是二维半导体能够做成电路的基础条件。 在三维的半导体材料中，电子很难通过纳米尺度的电路，因为材料的表面缺陷很容易使电子发生散射，从而阻止电流的产生。但是对于单层的二维半导体来说，电子只能在有限的垂直尺寸上运动，所以并不会有表面缺陷对电子运动造成阻碍，这为缩小晶体管的体积提供了保证。 面临挑战 虽然二维半导体性能如此优越，但要使其满足工业设备的需要，还得解决三个基本的研究问题。 （1）对材料性能的准确计算 首先我们必须找到一个最合适的材料，目前研究人员发现的候选材料有1000多种，它们的电学性质各不相同。诚然，我们可以通过理论计算可以比实验验证更快地剔除我们不需要的材料，但是理论计算很难去准确预测把材料做成器件后的各种性能。不仅如此，在实际环境中，材料中电子的运动比理论要复杂得多，比如晶格的震动如何减慢电子的速度？与其他材料的接触会产生什么影响？这些都是物理学家们需要考虑的问题。 （2）材料的制备和测试 目前二维材料的制备方法主要是机械剥离，这种方法不仅效率很低，而且制备的样品形状大小差别很大。当然更好的方法是通过气相沉积的方法来使材料在真空室里生长出来，但这种方法难以实现对材料厚度的精确控制，以至于无法形成单层材料，而使材料性能大幅下降，除此之外还要考虑衬底和温度对材料的影响等等。 （3）器件的标准 目前报道的二维半导体器件的性能测定并没有统一的标准，实验室与实验室之间的制造工艺与测量标准有很大差距。学术界还需尽快与工业界沟通合作，制定一个统一的标准来促进研究。 |
