在集成電路發(fā)展的長(zhǎng)河中，摩爾定律一直扮演著重要的角色。但近些年來(lái)，在工藝節(jié)點(diǎn)不斷向前推進(jìn)的過(guò)程中，晶體管尺寸已經(jīng)接近物理極限，半導(dǎo)體器件也面臨著短溝道效應(yīng)、漏柵極漏電流增大，功耗增大的挑戰(zhàn)。在這種形勢(shì)下，摩爾定律這個(gè)“花甲老人”也逐漸走不動(dòng)了。于是，半導(dǎo)體從業(yè)者開始思考在超摩爾定律下的發(fā)展契機(jī)——新材料和新原理器件被提綱上線。

　　根據(jù)ITRS(國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖)顯示，F(xiàn)inFET、FDSOI工藝撐起了10nm節(jié)點(diǎn)以前的天地。而當(dāng)工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)入到10nm以后，傳統(tǒng)硅通道開始被其他材質(zhì)的通道取代，III族和V族的新材料開始嶄露頭角。尤其是在進(jìn)入5nm工藝節(jié)點(diǎn)之時(shí)，ITRS認(rèn)為，二維原子晶體材料器件將為后摩爾時(shí)代帶來(lái)新的機(jī)遇。

　　二維原子晶體材料簡(jiǎn)稱二維材料,因載流子遷移和熱量擴(kuò)散都被限制在二維平面內(nèi),使得相關(guān)器件擁有了較高的開關(guān)比、超薄溝道、超低功耗而受到了廣泛關(guān)注。與此同時(shí)，二維材料卻又因?yàn)樵诖竺娣e高質(zhì)量薄膜及異質(zhì)結(jié)構(gòu)的可控生長(zhǎng)、發(fā)光器件效率較低、高性能二維器件制備及系統(tǒng)集成工藝上遇到了瓶頸，也使得相關(guān)從業(yè)者在這些方面上展開了研究。伴隨著研究的深入，二維材料由于其帶隙可調(diào)的特性，使之在場(chǎng)效應(yīng)管、光電器件、熱電器件等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。至此，新型二維材料和狄拉克薄膜材料為新物理器件提供了契機(jī)。

　　自2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)Geim研究組成功剝離出石墨烯以來(lái),二維原子晶體材料更是迎來(lái)了高光時(shí)刻。經(jīng)歷了短短十多年的快速發(fā)展，基于二維材料的電子、光電子器件的研究取得了一系列引人注目的成果。

　　其中，光電子博覽會(huì)就發(fā)現(xiàn)了隱藏的奧秘。就光電探測(cè)器的發(fā)展而而言，該器件的發(fā)展存在著兩個(gè)主要挑戰(zhàn)：第一，減少傳統(tǒng)使用的“非晶態(tài)”的薄膜材料的厚度，會(huì)降低材料的質(zhì)量;第二，當(dāng)超薄材料變得更薄的時(shí)候，它們幾乎變得透明，實(shí)際上會(huì)喪失一些聚集和吸收光線的能力。

　　而二維材料的出現(xiàn)，就極大地推動(dòng)了光電探測(cè)器的發(fā)展。傳統(tǒng)的三維薄膜半導(dǎo)體(如Si、GaN、InGaAs、InSb、HgCdTe等)一直占據(jù)著光電探測(cè)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。而下一代光電探測(cè)器則向著寬波段、超靈敏、超小像元、超大面陣及多維度光信息探測(cè)等方向發(fā)展。相比較于傳統(tǒng)三維薄膜半導(dǎo)體，二維材料在一個(gè)維度的尺寸遠(yuǎn)小于光波長(zhǎng)，能夠獲得較低的暗電流及噪聲，具有功耗小、波段寬的優(yōu)點(diǎn)。

　　同時(shí)，為了達(dá)到最優(yōu)的探測(cè)器相應(yīng)速度，需要在探測(cè)器的吸收層厚度和光電探測(cè)器的面積中尋找平衡。但是，石墨烯光電探測(cè)器具有低響應(yīng)率，較慢的光響應(yīng)時(shí)間和低外部量子效率(0.1-0.2%)等局限性。所以，為了尋找其他光電探測(cè)器二維材料來(lái)提高響應(yīng)率和光譜選擇性，科學(xué)家們對(duì)石墨烯的關(guān)注熱情也逐漸拓展到了其他的二維材料上，也因此，越來(lái)越多的二維材料被發(fā)現(xiàn)并研究。這些二維材料就包含過(guò)渡金屬硫化物、過(guò)渡金屬氧化物以及氮化硼等。

　　復(fù)旦大學(xué)圍繞新型薄膜材料的新原理器件，利用分子束外延生長(zhǎng)晶圓級(jí)薄膜材料，開展新原理晶體管和光電器件的研究工作。提出了薄膜晶體生長(zhǎng)的新方案，解決了可控生長(zhǎng)和摻雜的難題，實(shí)現(xiàn)了光電探測(cè)器。

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　　相信看到這里，很多人都覺得半導(dǎo)體器件之于我們來(lái)說(shuō)，距離實(shí)在是太過(guò)遙遠(yuǎn)了，產(chǎn)生了望而生怯的想法。那么就讓光電子中國(guó)博覽會(huì)帶您一起探索半導(dǎo)體器件世界。所以欲了解更多半導(dǎo)體材料發(fā)展前景，歡迎來(lái)參加第十一屆光電子·中國(guó)博覽會(huì)。

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