东京都立大学的研究人员已成功开发出多层面内过渡金属二硫化物 (TMDC) 结，展示了它们在隧道场效应晶体管 (TFET) 中的潜在用途，可在集成电路中实现超低功耗。利用化学气相沉积技术，该团队创建了具有前所未有的高载流子浓度的 TMDC 结，并显示出负微分电阻，这是隧道效应的一个关键特征。这种可扩展的方法可以彻底改变现代电子产品，并为更节能的设备铺平道路。
使用多层平面内过渡金属二硫化物结实现的新型 TFET。东京都立大学的科学家设计了多层平面内 TMDC 结，具有超低功耗 TFET 的潜在用途，这是节能电子设备的可扩展突破。
东京都立大学的科学家们已经成功地设计出过渡金属二硫化物的多层纳米结构，这些纳米结构在平面内相遇以形成连接。它们从掺铌二硫化钼碎片的边缘长出多层二硫化钼结构，形成厚的、键合的平面异质结构。他们证明，这些可用于制造新的隧道场效应晶体管 (TFET)，即具有超低功耗的集成电路中的组件。
化学气相沉积可用于从不同的 TMDC 中生长出多层 TMDC 结构。
场效应晶体管 (FET) 是几乎所有数字电路的重要组成部分。它们根据施加的电压来控制电流通过它。虽然金属氧化物半导体 FET（或 MOSFET）构成了当今使用的大多数 FET，但人们仍在寻找下一代材料，以驱动要求越来越高且功耗更低的紧凑型设备。这就是隧道 FET（或 TFET）发挥作用的地方。TFET 依赖于量子隧道效应，由于量子力学效应，电子能够通过通常无法通过的障碍。尽管 TFET 使用的能量少得多，并且长期以来一直被提议作为传统 FET 的有前途的替代品，但科学家们尚未想出一种以可扩展形式实施该技术的方法。
在副教授 Yasumitsu Miyata 的带领下，东京都立大学的一组科学家一直致力于用过渡金属二硫化物（一种过渡金属和第 16 族元素的混合物）制造纳米结构。过渡金属二硫族化物（TMDC，两个硫族原子对一个金属原子）是制造 TFET 的极佳候选材料。他们最近的成功使他们能够以前所未有的长度将单原子厚的结晶 TMDC 片层缝合在一起。
现在，他们将注意力转向了 TMDC 的多层结构。通过使用化学气相沉积 (CVD) 技术，他们表明他们可以从安装在基板上的堆叠晶面的边缘长出不同的 TMDC。结果是一个多层厚的面内结。许多关于 TMDC 结的现有工作都使用彼此堆叠的单层;这是因为，尽管面内结具有出色的理论性能，但以前的尝试无法实现 TFET 工作所需的高空穴和电子浓度。
(a) 二硒化钨和二硫化钼之间多层结的扫描透射电子显微镜照片。(b) 用于表征铌掺杂和未掺杂二硫化钼之间多层 pn 结的电路示意图。(c) 结上导带最小值 (Ec) 和价带最大值 (Ev) 的能级示意图。费米能级 (EF) 表示电子在零温度下填充能级的能级。当施加栅极电压时，导带中的电子可以隧穿界面。(d) 作为栅极电压函数的电流-电压曲线。在较高的栅极电压下可以清楚地看到 NDR 趋势。
在使用从二硒化钨生长的二硫化钼证明了他们的技术的稳健性之后，他们将注意力转向了铌掺杂的二硫化钼，一种 p 型半导体。通过生长出 n 型半导体未掺杂二硫化钼的多层结构，该团队实现了 TMDC 之间的厚 pn 结，具有前所未有的高载流子浓度。此外，他们发现结显示出负微分电阻 (NDR) 趋势，其中电压增加导致电流增加越来越少，这是隧道效应的一个关键特征，也是这些纳米材料进入 TFET 的重要第一步。
该团队采用的方法还可以在大面积上扩展，使其适合在电路制造过程中实施。对于现代电子产品来说，这是一个令人兴奋的新发展，希望它能在未来找到应用的途径。
