二维半导体材料已被证明在各种电子设备的开发中非常有前途。与笨重的材料相比，这些材料具有显着的优势，例如，无论厚度如何减小，都能保持其载体的流动性。
尽管2D半导体有望制造薄型电子产品，但迄今为止，它们很少用于制造单层晶体管，单层晶体管是用于调制和放大大多数现有设备内部电流的关键电子元件的更薄版本。大多数基于二维半导体的单层晶体管都是使用一些精心挑选的材料制成的，这些材料已知具有相对稳定的晶格结构，例如石墨烯、二硒化钨或二硫化钼。
湖南大学、中国科学院和武汉大学的研究人员最近着手使用替代的2D半导体材料开发新的单层晶体管，这些材料迄今为止主要用于制造多层晶体管，包括黑磷和砷化锗。他们的研究成果发布在《自然电子学》杂志上。
“对于许多有前途的二维材料 - 如黑磷和砷化锗 - 单层晶体管的制造具有挑战性，并且受到与精密2D材料形成牢固电接触的困难的限制，”Wangying Li，Quanyang Tao及其同事在他们的论文中写道。“我们报道了使用范德华剥离技术制造具有三维凸起触点的单层黑磷和砷化锗晶体管。”
该团队最近工作的主要目标是创建基于单层 2D 半导体的新型晶体管，而不是迄今为止主要用于单层晶体管设计的晶体管。这带来了一些挑战，因为其中一些材料很难在不影响其固有性能的情况下均匀缩小。
为了实现这一目标，Li、Tao和他们的合作者设计了一种范德华剥离技术，可用于制造具有3D凸起触点的单层2D晶体管。这种技术需要将扁平金属层压到多层2D通道上，这反过来又允许研究人员通过剥离金属来去除堆栈顶部的半导体层。
“通过逐层机械剥离，多层黑磷晶体管的沟道区域可以逐渐减少到单层厚度，而不会降低其精致的晶格，同时保留多层接触区域，”Li，Tao和他们的同事写道。
作为研究的一部分，该团队使用他们提出的剥离技术来构建基于各种二维半导体的均结和均超晶格，包括BP、GeAs、InSe和GaSe。
该团队发现，他们提出的方法使他们能够减薄晶体管的沟道部分，同时在接触区域保持所需的厚度。
“使用这种技术，我们测量了具有不同沟道厚度的同一2D晶体管的电特性，”Li，Tao和他们的同事写道。“我们发现，当减小体厚度时，黑磷的载流子迁移率急剧下降，表现得更像传统的块状半导体，而不是纯范德华半导体。
作为他们最近研究的一部分，研究人员展示了他们的技术在开发有前途的单层晶体管的潜力，这些晶体管具有基于BP和GeAs的3D凸起触点。未来，他们的逐层剥离方法可以为使用不常见的 2D 半导体创建更薄和可扩展的晶体管开辟新的视野，这些半导体通常被认为在这些应用中表现不佳。
“这项工作对2D半导体以外的其他不稳定单层材料具有潜在影响，例如有机单层和钙钛矿单层，这些材料以前被认为是不导电的或具有较差的内在性能，但实际上受到金属和单层之间接触不良的限制，”Li，Tao及其同事补充道。
