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韩国科学技术研究院(KAIST)与成均馆大学的联合研究团队于 7 月 13 日公布了一项突破性进展,他们成功设计出一种创新的半导体构造,显著提升了电流在二维材料中的传输效率,使其能够实现近乎无损的流动。
这项研究的问世,有效解决了长期以来困扰芯片产业的“电气瓶颈”难题,预示着下一代半导体器件的接触电阻将得到大幅削减,为人工智能芯片和超低功耗半导体等前沿领域的发展奠定坚实的技术基础。
此外,该团队还开发了一个先进的分析平台,能够实现对电荷传输过程在纳米尺度的直接观测。
二维半导体,顾名思义,是指厚度仅有数层原子的超薄型半导体材料。它们被誉为“梦幻半导体”,因其在尺寸和能耗方面优于传统硅基半导体。当前的硅基技术正面临物理极限的挑战,电路的持续微缩导致功率损耗和热量积聚问题日益严峻。因此,二维半导体作为克服这些限制的关键下一代材料,受到了广泛关注,并被寄予厚望应用于人工智能半导体、智能手机、数据中心、可穿戴设备、可折叠或可拉伸电子产品以及微型化医疗传感器等多种未来技术。
在半导体器件中,金属电极与半导体材料接触的界面会产生接触电阻,这不仅会降低器件性能,还会造成能量损耗。尤其随着半导体尺寸的不断缩小,接触电阻的影响愈发显著,已成为下一代半导体研发中最棘手的技术瓶颈之一。
研究团队在单层二铅化物(PtSe₂)薄膜内部,成功实现了半金属区和半导体区的连续过渡。通过构建这种由单一材料连续形成的整体结构,团队提出了一种全新的设计,使得电流能够顺畅地跨越不同区域的边界。
借助原子力显微镜(AFM)——一种能够达到原子层级精度探测表面形貌和电学特性的显微技术,研究人员在纳米尺度上直接观察到了薄膜内部的电荷传输现象。
研究团队首次证实,当电流从半金属区域流向半导体区域时,其流动能够保持稳定连续,并未出现诸如电流路径受阻或弯曲等“电气瓶颈”现象。
进一步地,团队通过在半导体区域施加电场,验证了该器件的有效工作。实验结果表明,在金属-半导体结结构中,电流的流动能够被稳定地调控,充分展现了该结构在下一代电子器件中的巨大潜力。
这项重要的研究成果已于 2026 年 7 月刊载于国际知名材料科学期刊《Matter》。
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张华
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