1965年，Gordon Moore提出摩爾定律。
按照摩爾定律，由于晶體管的尺寸不斷縮小，芯片上晶體管的數量大約每兩年就會翻一番。自此以來的半個多世紀，全球科學家和工程師始終在為提高晶體管性能和降低成本努力。
隨著晶體管越來越小，整個半導體行業都在擔心摩爾定律的終結。如何才能突破摩爾定律的限制,成為了科研人員的夢之追求。
圖丨Nature
01. Fin-FET
傳統晶體管一般采用平面架構，只能在閘門的一側控制電路的接通與斷開。歷經了無數代產品的更迭，平面晶體管可謂已被用到極致。要想有所突破，必須從體系結構上進行原始創新。
2000年前后，加州大學伯克利分校胡正明教授研發出一種全新的晶體管架構：FinFET（鰭式場效應晶體管），2011年，英特爾實現FinFET的商業化。
FinFET是一種互補式金氧半導體晶體管，其閘門采用類似魚鰭的叉狀3D架構，可在電路的兩側控制電路的接通與斷開，大幅改善了對電路的控制，并縮短了晶體管的柵長。Fin-FET的結構創新，有可能進一步拓展晶體管的性能。
不幸的是，短溝道效應對Fin-FET造成了極大的限制。于是，全球范圍內掀起了FET架構的革命性設計浪潮，以實現對通道的柵極控制。
圖丨Nature
02. 為什么是二維TMD納米帶
由半導體納米片堆疊而成的結構，表現出更好的短通道控制能力，有望實現對摩爾定律的拓展。因此，具有高縱橫比的單晶、單層二維過渡金屬二硫屬化物（TMD）納米帶的堆疊陣列成為了半導體領域的新寵。
https://www.nature.com/articles/d41586-019-00793-8
實現批量生產FET陣列的關鍵指標之一，就是要保證在整個2D TMD納米帶中，實現單晶度和電均勻性，這決定了器件能否在非常低的功耗下實現非常高的靜電控制。
雖然TMD納米帶的合成策略非常之多，單獨控制層數，結晶度，自對準和尺寸都有很多方法。然而，實現同時具有這些特性的TMD納米帶的制備，仍然是一個重要挑戰。
03. 新策略
通過提升2D TMD-基底的范德華（vdW）系統的能量簡并性，可以利用基底來調控2D TMD的晶格取向。基于這一原理，阿卜杜拉國王科技大學Vincent Tung，Lain-Jong Li等人通過LDE（Ledge-directed epitaxy）輔助化學氣相沉積（CVD）法，在β-鎵（III）氧化物（β-Ga2O3）（100）襯底上實現了連續、自對準、單層、單晶MoS2納米帶的控制合成。
圖1. 納米帶的合成
LDE生長策略：
1）選擇具有裸露壁架的單晶β-Ga2O3（100）襯底；
2）在β-Ga2O3的壁架上形成具有最佳取向的MoS2晶核；
3）對齊的MoS2晶疇轉化為連續的納米帶；
4）通過PDMS輔助工藝，從β-Ga2O3（100）基底上剝離MoS2納米帶，并輕松轉移到任意基底上；
5）β-Ga2O3基底可重復使用。
圖2. 納米帶的生長機理
LDE策略優勢:
1）LDE MoS2納米帶在很長的尺度范圍內具有空間均勻性。
2）通斷比高達（10~8），平均室溫電子遷移率高達（65cm2V-1s-1)。
3）MoS2納米帶可以很容易地轉移到任意襯底上，而β-Ga2O3基底可以重復使用。
圖3. 納米帶的光學和電學性能表征
小結
總之，這一研究為先進邏輯和存儲器件的發展帶來新的思路，也為打破摩爾定律的先限制提供了新的借鑒。
