在用二维芯片取代硅的探索中向前迈进了一步
二维半导体有机会激发电子设备功能的重大进步，取代硅基芯片。然而，许多问题继续阻碍这些设备的发展。
一个主要问题是载流子迁移率，即电子在半导体中的移动速度。这些 2D 半导体在这一领域的速度非常慢，限制了改进和实际应用的能力。
德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员发现了十多种不同的二维半导体材料，这些材料可以让电子快速四处移动，从而为电子产品的能力飞跃打开了大门。
“如果你能用二维半导体代替硅，这将导致更快的设备消耗更少的能量，”领导该项目的科克雷尔工程学院沃克机械工程系和德克萨斯材料研究所助理教授 Yuanyue Liu 说。
该研究最近发表在 《物理评论快报》上。
传统的硅基半导体和二维半导体之间的最大区别在于它们的几何形状。二维半导体要薄得多，只有几个原子层厚。这在许多方面都是有利的，因为使半导体更小的推动力不断增强。
2D 半导体的紧凑性也会产生问题。电子被紧紧地包裹着，没有太多的自由移动。在这些较小的空间中，散射源更容易使它们偏离轨道，这就是为什么二维半导体中的载流子迁移率通常较低，从而阻碍了功率和效率的提高。
研究人员发现的 14 种载流子迁移率高的材料是这个问题的一个例外。这些材料的独特特性使电子更加透明，使它们基本上不可见于散射，并使电子保持在轨道上。
为了找到这些材料，研究人员使用了现有的材料数据库和他们假设会提高机动性的特征清单。然后他们使用量子力学方法准确计算材料中的载流子迁移率。
“我们在数千种材料中只发现了 14 种具有潜在高载流子迁移率的材料，这一事实并不与传统智慧相矛盾，”刘说。“这表明找到具有高载流子迁移率的二维半导体是多么困难。”
刘说，下一步是与实验研究人员合作，并致力于制造材料以测试和验证他们的发现。尽管 Liu 对这些发现充满信心，但他警告说，它们仍然是理论上的，需要通过现实世界的测试来证实。
该项目的其他团队成员包括来自沃克机械工程系和德州材料研究所的 Chenmu Zhang、Ruoyu Wang 和 Himani Mishra。
这项研究得到了韦尔奇基金会和 NASA 的支持，并使用了 TACC、ACCESS 和 NREL 提供的计算资源。
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