上海护角胶 这种单晶二维材料薄成“纳米保鲜膜”

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本报北京5月10日电（记者晋浩天）如果未来的手机能像纸样卷起来塞进钱包，那芯片里悄然发生的革命，或许就从层薄到只有0.6纳米的“保鲜膜”开始。近日，西湖大学孔玮团队成功把晶圆单晶二硫化钼薄膜损伤地集成到了柔基底上，举摘掉了传统工艺留下的“顽固污渍”。同时，这些能晶体管被集结成柔逻辑反相器阵列，创下目前已知柔薄膜电子系统的低功耗纪录之，增益能是比同类硅基、有机半体或碳纳米管器件出倍以上。

记者了解到，大众熟悉的硅芯片正遭遇天花板：晶体管越做越小，漏电却越来越凶，而且硅片天生硬脆，没法折叠。这时候，以二硫化钼为代表的二维半体材料“站”了出来。你可以把二硫化钼想象成只有层钼原子夹在两层硫原子中间的“原子三明”上海护角胶，厚度不过0.6纳米。它就像石墨烯的“师弟”，生来就出奇柔韧，反复弯折也安然恙。的是，它还是的半体，能像硅那样通过电流的“开”和“关”来处理信息，可充当计的核心器件。由于薄到了致，栅电场能对电流通道进行“全位死角”的调控，漏电难题迎刃而解，被看作接棒摩尔定律的理想候选者。

但孔玮团队的追求不止于薄，他们要的是“有序”——单晶二维材料。单晶内部的原子排列像仪仗队样整齐划，没有块块“晶界”来捣乱。“如果换成多晶材料，电子在里面穿行，就好比开车闯进了满是泥泞和减速带的乡间小路，速度慢、损耗大。可惜，想把这样的单晶薄膜从生长它的蓝宝石衬底上揭下来，再完好地挪到柔软的塑料基底上，并不容易。”孔玮说。

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“过去，这道工序长期被‘湿法转移’统。说白了，就是用有机溶剂和分子聚物把薄膜‘搓’下来，结果总会在二硫化钼表面留下层抹不掉的残渣。”博士生徐翔回想起早些年观察样品时，总觉得表面“脏”得厉害，泡沫板橡塑板专用胶“肉眼可见的质量较差”，这些残留物严重拖垮了电子器件的能和均匀，让它根本法应用到大面积集成电路上。

面对积弊，团队没有继续跟化学药水死磕，而是拿出套“氧化物干法转移”工艺。他们的灵感，正来自孔玮过去在半体薄膜集成域的积累。“这套新法，像是给二硫化钼贴了张精心调制的‘双层面膜’——先通过电子束蒸镀层薄的三氧化二铝，让它牢牢贴薄膜；紧接着，再用原子层沉积技术覆盖上二层三氧化二铝。这两层里，层负责‘搬’得牢固，另层则直接变身器件的介电系数介质层，既能存储多电荷，又顺手把器件能提了上去。经这么‘贴’，薄膜表面变得像镜面样干净平整，再也见不到有机物残留的半点‘斑点’。”

“面膜”换，果立现。团队在此基础上造出了4英寸晶圆密度柔晶体管阵列，成绩相当亮眼：电流开关比接近10的12次，相当于个水龙头，开通时水流澎湃，关上后滴水不漏；载流子迁移率达到柔材料里的顶“奔跑速度”；亚阈值摆幅几乎逼近物理限，意味着只需丁点儿电压波动，就能让开关瞬间切换，功耗低。

孔玮说：“而让人触碰到未来感的，是只蓝机械手。我们把由10×10个触觉单元组成的活矩阵触觉传感器，像‘电子皮肤’样裹在软体机器人的抓手表面。每个单元都由个二硫化钼晶体管控制，当抓手轻轻夹起枚螺帽时，它能清晰‘感受’到200帕斯卡的微弱压力——这大约是指甲盖上放2克重物，或者清风拂面时的触动。那种感觉，就像机器真正拥有了触碰的知觉。”

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