二维二硫化钼显示为电子设备的平台

研究人员生产来自二硫化钼的复杂电子电路

图显示了MIT团队,二硫化钼的材料的平板结构。钼原子以黄色的颗粒和硫原子显示。图片由Wang等人提供。

研究人员的新出版研究麻省理工学院详细说明使用二硫化钼(MOS2)作为电子设备的二维平台,可能在未来为根本开放的新产品打开门。

发现石墨烯.,只有一个材料原子厚实和具有特殊的实力和其他新颖性质,开始了围绕其用于从电子设备到结构材料的所有东西的研究的雪崩。但新的研究表明,这只是一个开始:整个二维材料家庭可能为可能改变现代生活的许多方面的应用开辟了更广泛的可能性。

最新的“新”材料,二硫化钼(MOS2) - 实际上已经使用了几十年,但在其2-D形式中仅在瑞士的研究人员首次描述。但是,在那一年里,MIT的研究人员 - 努力在石墨烯中挣扎的几年,结果非常有限(射频应用除外) - 已经成功地从MOS2制作了各种电子元件。他们说,这些材料可以帮助迎来彻底的新产品,从整个墙壁上焕发穿着嵌入式电子产品到带内置显示屏的眼镜。

钼二硫化物

光学显微镜图像显示了一个复杂的集成电路,称为JK触发器电路,基本逻辑装置,由麻省理工学院团队的一部分钼二硫化物制成。图片由Wang等人提供。

关于从新材料生产复杂电子电路的报告是本月在线发布在纳米字母中;论文作者为电气工程与计算机科学系(EECS)研究生王涵、于丽丽;Tomás Palacios,欧洲经济学院Emmanuel E. Landsman副教授;以及麻省理工学院和其他地方的其他人。

Palacios说,他认为石墨烯和MOS2只是对二维材料研究新领域的开始。“这是过去20或30年来最令人兴奋的电子时间,”他说。“它正在打开门的全新域名电子材料和设备。”

就像石墨烯本身是一种二维形式的石墨,二硫化钼多年来一直被用作工业润滑剂。但直到去年,瑞士EPFL大学的科学家在这种材料上制造出晶体管之前,它从未被视为电子设备的2d平台。

麻省理工学院的研究人员迅速转变为行动:Yi-Hsien Lee副教授在EEC的副教授,发现了使用化学气相沉积工艺制作大量材料的好方法。李提出了这种方法,同时在台湾学术研讨会上使用Lain-Jong Li,并在推动麻省理工学院改进了它。帕拉西奥,王和禹随后设定为李的纸上制造电子电路的构建块,以及由机械方法生产的MOS2薄片,这些薄片用于新纸上描述的工作。

王一直在努力为石墨烯制造电路,以便他的博士论文研究,但发现与新材料有关的更容易。他解释说,通过石墨烯进步,有一个“巨大的瓶颈”,因为这种材料缺乏带隙 - 这是可以创建晶体管的关键特性,逻辑和存储器电路的基本组件。虽然石墨烯需要以严格的方式修改,以便创建带隙,但MOS2自然地带。

Wang解释说,缺少带隙意味着用石墨烯做的开关,“你可以打开它,但你不能关闭它。”这意味着你无法进行数字逻辑。”因此,人们多年来一直在寻找一种材料,它既具有石墨烯的一些非凡特性,又具有这种缺失的特性——就像二硫化钼一样。

因为它已经被广泛生产为润滑剂,并且由于在MIT和其他实验室的持续工作中,使其成为大床单,因此扩大生产材料的生产应该比其他新材料,王和帕拉西都更容易。。

王和帕拉西奥能够在材料上制造各种基本电子设备:逆变器,其将输入电压切换到相对的电压;一个NAND门,一个可以组合以执行几乎任何类型的逻辑操作的基本逻辑元件;存储设备,所有计算设备的关键组件之一;和一个更复杂的电路,称为环形振荡器,由12个互连的晶体管组成,可以产生精确调谐的波输出。

Palacios表示,新材料的一个潜在应用是大屏幕显示器,如电视机和计算机监视器,其中单独的晶体管控制显示器的每个像素。因为材料只是一个分子厚 - 与用于传统晶体管的高度纯化的硅不同,并且必须是数百万个原子厚 - 即使是非常大的显示器也只能使用无限数量的原料。这可能会降低成本和重量,提高能效。

将来,它也可以实现全新的设备。可以与其他2-D材料组合使用该材料以使发光装置。不能制造来自一个灯泡的点光源,可以使整个墙壁发光,产生更柔软,较小的光的光。类似地,手机的天线和其他电路可能被编织成织物,提供更敏感的天线,该天线需要更少的功率并且可以纳入衣物中,帕拉西之间说。

这种材料非常薄,完全透明,几乎可以沉积在任何其他材料上。例如,二硫化钼可以应用于玻璃,制造内置在一副眼镜或房屋或办公室窗户中的显示器。

Ali Javey是加州大学的电气工程师和计算机科学副教授,伯克利没有参与这项研究,称MOS2等分层材料是“未来电子产品的有希望的材料,但”对于分层半导体来说,未来看起来很明亮,但仍然需要采取工作以更好地了解他们的性能限制和大规模制造。“

总的来说,Javey说,麻省理工学院团队的研究是“优雅”的工作,“在推进分层半导体领域的前进方面取得了重要一步”。

In addition to Palacios, Kong, Wang, Yu and Lee, the work was carried out by graduate student Allen Hsu and MIT affiliate Yumeng Shi, with U.S. Army Research Laboratory researchers Matthew Chin and Madan Dubey, and Lain-Jong Li of Academia Sinica in Taiwan. The work was funded by the U.S. Office of Naval Research, the Microelectronics Advanced Research Corporation Focus Center for Materials, the National Science Foundation and the Army Research Laboratory.

图片:Wang等人。

以许可转载麻省理工学院新闻

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