可耐受超高温的电子元件问世

近日，来自美国加州大学河滨分校和伦斯勒理工学院的一组研究职员创造一种学名为二硫化钼(MoS2)的半导体材料有望用来制作高温条件下的薄片晶体管。

在本周揭橥在美国物理联合会出版的《运用物理杂志》的一篇文章中，研究者们宣布了二硫化钼薄片晶体管的制作过程及其在高温时的功能特性，展示了该材料可用于制作耐高温电子元件的潜力。

原子力显微镜下的二硫化钼薄片晶体管

“我们的研究表明该薄片晶体管至少在500开尔文(220摄氏度)高温情形下依然能正常事情，”加州大学河滨分校电子工程系的教授和该研究组的领头人Alexander Balandin说。
“并且该晶体管在两个月后仍展示出稳定的事情性能，这表明二硫化钼薄片晶体管有潜力被运用于耐高温的电子器件和感应器中。
”

二硫化钼的原矿石是辉钼矿，这种矿石大量地存在于自然界中，常日是被用作润滑剂的添加身分。
通过化学气相沉积的方法得到的二硫化钼可被用来制作柔韧的薄片晶体管--一种如水龙头一样可掌握电子和电流的运动的元件。

据Balandin所说， 二硫化钼属于范得华材料家族，其构造特点是构成晶体构造的原子层之间的结合力很弱（这种结合力也被称为范得华力）。
层与层之间弱的相互浸染使得材料可以被逐层的剥落，类似于石墨的单原子层可从整块的石墨上被剥离一样。
层状构造也表明高质量的超薄层可通过工业生产中的化学气相沉积的方法得到 。

“只管传统宽能带的半导体如碳化硅或氮化镓制成的器件也可以延伸到高温条件下操作，但是这些材料因造价较高而不适用于工业大规模生产，”Balandin说。
“单层二硫化钼的能带宽是1.9电子伏特，比碳化硅或氮化镓的还要大，更适用于工业生产。
”宽能带意味者元件能够快速地开启和关闭，这是晶体管所需具备的一项非常主要的特性。

一种倍受关注的新材料

近年来，二硫化钼在仪器制造和运用方面引起了广泛关注，Balandin的团队首次研究了该材料在耐高温电子器材方面的运用潜力。

在高温实验中，Balandin的研究组在清洁实验室利用标准的平板印刷技能将二硫化钼晶体牵制作在硅衬底上。
有的晶体管只有几个原子层的厚度（如1-3层），有的则有多层的厚度（15-18层）。
Balandin说，他们的实验表明，相对厚层的薄片更具有温度上的稳定性，并且随着温度的升高展现出更高的载流子迁移率 。

通过直流丈量，即在系统中持续一段韶光加载稳定的电流和电压，研究者们研究了温度从300开尔文上升到500开尔文时晶体管的电流电压特色曲线也即功能特性。

“载流子迁移率和阈值电压都会随着温度的升高而降落，”Balandin说。
“载流子迁移率的降落会导致通过元件通道的电流降落，而阈值电压的降落则会造成电流的升高。
因此，电流随着温度的升高详细表现如何则取决于载流子迁移率和阈值电压同时降落时相互浸染的结果。
”

研究者们不雅观察到的另一个有趣的征象是在电流电压特色曲线中，当温度上升到450开尔文时，靠近零电压的位置有一个特性“结”。
这种表示材料“影象效应” 的特色结在石墨晶体管和电子玻璃中也曾被类似地不雅观察到过，这一征象表明该材料有望用来制作耐高温感应器。

Balandin说， 在实际运用中，高温条件下的电子线路和感应器哀求二硫化钼晶体管至少能连续事情一个月之久。
研究组在两个月之后再次检测了二硫化钼晶体管的事情性能，创造它依然能实现稳定操作，且具有更高的阈值电压，更低的载流子迁移率，且迁移率对温度的依赖性也更弱。

研究者们下一步的操持是研究用工业中的化学气相沉积法制作的二硫化钼晶体管和电路在高温条件下的的事情性能。

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文章\"大众High-Temperature Performance of MoS2 Thin-Film Transistors: Direct Current and Pulse Current-Voltage Characteristics\"大众的作者是Chenglong Jiang, Sergey Roumyantsev, Rameez R. Samnakay, Michael S. Shur, and Alexander A. Balandin.