輝鉬在半導(dǎo)體領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊 產(chǎn)業(yè)化尚需時(shí)日

加州納米技術(shù)研究院(CNSI)成功使用MoS2(輝鉬,二硫化鉬)制造出了輝鉬基柔性微處理芯片,以MoS2為基礎(chǔ)的微芯片只有同等硅基芯片的20%大小,功耗極低。單層的輝鉬材料顯示出良好的半導(dǎo)體特性,有些性能超過現(xiàn)在廣泛使用的硅和石墨烯,有望成為下一代半導(dǎo)體材料。

    1.輝鉬性能優(yōu)異的半導(dǎo)體材料,應(yīng)用前景廣闊

    輝鉬基柔性微處理芯片最早由瑞士洛桑理工學(xué)院(EPFL)納米電子與結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室提出,并有望成為下一代半導(dǎo)體材料,其功耗遠(yuǎn)低于硅材料,又能用以制作出尺寸更小的晶體管,并且這種新一代半導(dǎo)體材料具備能隙的特性也優(yōu)于石墨烯。

    該實(shí)驗(yàn)室所使用的方法早期曾用于石墨烯研究。研究員粉碎了折疊膠帶之間的輝鉬礦晶體,層層剝離,直到所有剩下都是單原子厚的薄片。然后,將這些鉬片沉積在一種基質(zhì)上,再增加一層絕緣材料,并使用標(biāo)準(zhǔn)光刻添加源極和漏極和柵極,這樣就制成一個(gè)晶體管。輝鉬礦晶體管具有電氣流動(dòng)性,類似的晶體管是用石墨烯納米帶制成。

    輝鉬礦是一種半導(dǎo)體,可以讓電子跳躍越過,這種屬性稱為帶隙,可用于數(shù)字晶體管。石墨烯沒有帶隙,難以把它制成半導(dǎo)體,石墨烯前景在于超高速模擬電路、電信和雷達(dá)等。輝鉬礦的帶隙特別有望用于更高效的柔性太陽能電池、電子產(chǎn)品或高性能數(shù)字微處理器等。

    輝鉬是鉬的二硫化物。瑞士洛桑聯(lián)邦高等理工學(xué)院的研究人員認(rèn)為,輝鉬在自然界中含量豐富,常用于冶煉合金等領(lǐng)域,但之前對它電學(xué)性能的研究卻不多,而實(shí)際上單層輝鉬材料具有良好的半導(dǎo)體特性。與現(xiàn)在廣泛使用的硅材料相比,輝鉬具有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn):一是達(dá)到同等效用的體積更小。只有0.65納米厚的輝鉬材料,電子在其中能像在2納米厚的硅材料中那樣自如移動(dòng),同時(shí),現(xiàn)有技術(shù)還無法將硅材料制作得跟輝鉬材料一樣薄;二是能耗更低。據(jù)估計(jì),輝鉬制成的晶體管在待機(jī)狀態(tài)下消耗的能量只是硅晶體管的約十萬分之一。

    2.輝鉬產(chǎn)業(yè)化尚需時(shí)日,對鉬需求帶動(dòng)有限

    不同于零能隙的石墨烯,輝鉬礦具備1.8電子伏特(electron-volts)的能隙,介于砷化鎵(能隙1.4電子伏特)與氮化鎵(能隙3.4電子伏特)之間,因此使用該種材料能制作出同時(shí)具備電子與光學(xué)功能的芯片。輝鉬是性能良好的下一代半導(dǎo)體材料,在制造超小型晶體管、發(fā)光二極管和太陽能電池方面具有廣闊的前景,但是該技術(shù)目前仍處于實(shí)驗(yàn)室階段,離產(chǎn)業(yè)化還有較遠(yuǎn)的距離,未來如果該技術(shù)得以大規(guī)模應(yīng)用,則能顯著改善全球鉬金屬的貢獻(xiàn)結(jié)構(gòu)。目前全球鉬金屬的消費(fèi)量約為21萬噸,目前全球電子級與光伏級硅的年需求量約為20萬噸,假設(shè)其中50%被替代,則鉬的消費(fèi)將新增10.5萬噸/年,約占當(dāng)前鉬消費(fèi)量的50%,這將顯著改善鉬行業(yè)的全球供需結(jié)構(gòu)。但目前來看,輝鉬在半導(dǎo)體材料的應(yīng)用對鉬金屬的需求帶動(dòng)有限。……更多新聞資訊、價(jià)格與市場

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