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异质结构新材料二硫化钼,未来芯片的新潜力

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    2020-9-8 15:12
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    [LV.1]初来乍到

    发表于 2021-2-23 13:36 | 显示全部楼层 |阅读模式

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    将二硫化钼添加在原有PC原料上,可以达到导热、散热的要求。随着半导体制程迈向 3 纳米,如何跨越晶体管微缩的物理极限,成为半导体业发展的关键技术。厚度只有原子等级的二维材料,例如石墨烯(Graphene)与二硫化钼(MoS2)等,被视为有潜力取代硅等传统半导体材料。
    二硫化钼(MoS2)因其独特的单层原子结构和优异的光电特质,被认为是最有希望替代硅,成为未来应用在半导体、晶体管和芯片等高精尖科技领域中的理想材料之一,因此,近年来科学家们对二硫化钼的探索与研究一直保持着浓厚的兴趣。

    洛桑联邦理工学院(EPFL)研究团队利用二硫化钼开发出了一种“类大脑神经元传输”的新型计算机芯片,兼具在相同电路中处理和存储信息的能力,为计算机设备实现小型化、高效化和节能化提供新的思路。
    二硫化钼是一种过渡金属硫族化物二维材料(TMDC),具备类石墨烯的层状结构,同时拥有石墨烯没有的直接带隙半导体特质。二硫化钼由三个原子平面层(S-Mo-S)堆叠而成,具有较大的比表面积,电子迁移速率高,抗磁抗辐照,低耗环保,节能增效,稳定性高,且能够实现规模化生产,是光学电子设备的理想材料。
    对钴/二硫化钼异质结构进行特征分析,发现在室温下,异质结构间的交互作用仍然可以在非晶相的磁性材料中,诱发出常见于晶相结构的「自发磁异向性」,为磁异向性的起源与操控,开辟崭新视野。
    磁异向性指的是磁性材料的磁化方向容易沿特定方向排列的特性,可用来定义数字记录中的 0 与 1。
    如何运用新材料或是人工结构的制备来发现新的磁异向性,并控制其方向,是目前发展磁储存与磁感应技术的重要关键,包括磁阻随机存取内存(MRAM)、手机的电子罗盘、陀螺仪,都会用到电子自旋的特性。与传统电子组件相比,自旋电子组件可以提供更高能源效率和更低功耗,也被预测为是下一世代的主流组件。

    EPFL研究人员第一次将二维材料二硫化钼成功地应用于集数据存储与逻辑运算为一体的芯片当中,这将颠覆传统计算机由中央处理器CPU处理数据再传输至硬盘存储的模式。相关成果发布在《Nature》上。
    据介绍,新型芯片是基于浮栅场效应晶体管(FGFET)的,通常应用于相机、手机或者计算机设备的闪存系统。这些晶体管能够长时间保持电荷,而仅具备三个原子层厚度的二硫化钼不仅可以进一步减小电子设备的体积,还对晶体管中存储的电荷具有较强的敏感性,因此可以同时实现逻辑运算和数据存储功能。
    中钨在线二硫化钼不仅在半导体、纳米晶体管等光学电子领域中应用潜力巨大,同时还可以作为润滑剂、抗氧剂、催化剂等,广泛应用于航空、汽车、采矿、造船、轴承等工业领域。
    增进磁异向性的另一个成因轨域混成(Orbital hybridization),深入探讨产生这个现象的关键机制,进一步研究操控自旋电子扇区方向的新方法,有机会为半导体业与光电等产业,带来突破性的发展。

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