二维（2D）半导体材料具有独特的光电特性，有利于超薄和可调谐电子元件的开发。尽管它们比块状半导体具有潜在的优势，但到目前为止，将这些材料与栅极电介质进行最佳连接已证明具有挑战性，通常会导致界面陷阱，从而迅速降低晶体管的性能。

阿卜杜拉国王科技大学 (KAUST)、苏州大学和世界各地其他机构的研究人员最近推出了一种方法，可以基于二维半导体制造性能更好的晶体管。他们提出的设计，概述在一篇论文中自然电子学，需要使用具有高内聚能的六方氮化硼（h-BN）电介质和金属栅电极。

“最初，我们发现当我们使用铂 (Pt) 作为阳极时，h-BN 堆栈不太可能触发电介质该论文的第一作者 Yaqing Shen 告诉 Tech Xplore。“基于这一发现，我们设计了实验，发现 Pt/h-BN 栅极堆叠的漏电流比 Au/h-BN 栅极低 500 倍。”堆叠并表现出至少 25 MV/cm 的高介电强度。这给了我们使用 CVD h-BN 作为 2D 晶体管栅极电介质的想法。”

Shen、Mario Lanza 教授及其同事使用化学气相沉积 h-BN 作为电介质制造了 1,000 多个器件。当他们评估这些器件时，他们发现 h-BN 栅极电介质与高内聚能金属（例如 Pt 和钨 (W)）最兼容。

“制造具有垂直 Pt/h-BN/MoS2 的晶体管₂结构，我们首先清洁 SiO2₂Shen 解释说：“使用丙酮、酒精和去离子水中的超声波浴来制作 /Si 基板。使用电子束光刻并通过电子束沉积进行沉积。随后，MoS₂从天然晶体上剥离并转移到这些电极上以形成通道。CVD h-BN 薄膜通过湿法转移转移到该结构上。”

作为晶体管制造过程的最后一步，研究人员对 Pt 栅极进行了图案化电极使用电子束光刻，然后使用称为电子束蒸发的技术进行沉积。MoS2 之间干净的范德华界面₂该团队晶体管中的 h-BN 提高了其可靠性和性能，最大限度地减少缺陷并增强栅极控制。

“我们发现，与 CVD h-BN 是一种较差栅极电介质的观点相反，选择正确的金属电极可以使其在场效应晶体管与二硫化钼₂渠道，”沉说。“MoS₂和h-BN形成干净的范德华界面，从而提高了可靠性。我们的研究结果表明，使用 Pt 和 W 等高内聚能金属使得 CVD h-BN 成为 2D 晶体管中的有效栅极电介质。”

迄今为止，该研究团队制造基于 2D 半导体的晶体管的方法已被证明非常有前途，可以减少电流泄漏并实现至少 25 MV cm 的高介电强度^-1。初步测试表明，与具有金 (Au) 电极的类似晶体管相比，基于 Pt 和 W 的栅电极可将 h-BN 电介质上的漏电流降低约 500 倍。

Shen 和她的同事最近的工作可以促进使用二维材料来制造可靠的固态微电子电路和设备。其他研究小组可能很快就会探索类似的方法和材料，这可能会导致进一步高性能基于二维半导体的设备的开发。

“作为我们研究的下一步，我们计划开发超小型（纳米级）、全二维晶体管，以帮助扩展摩尔定律，”沉补充道。“我们还致力于解决二维通道和电极之间的接触问题，以提高器件性能。”

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