原子级！北大才女的最新研究成果将把晶圆工艺从纳米级推向原子级|半导体|纳米级|晶体管|半导体材料|原...
日前，由北大才女孔静教授领导的一支国际联合攻关团队，成功攻克了半导体领域的二维材料的连接难题，这项成果将使晶圆的制程从纳米级，微观到原子级。
孔静（女）教授和学生
先进技术可能使“2D”晶体管成为更小的微芯片元件
原子级薄材料是硅基晶体管的一种有前途的替代品；现在，研究人员可以更有效地将它们连接到其他芯片元件上
摩尔定律是一个著名的预测，即可以封装在微芯片上的晶体管数量每隔几年就会翻一番，它已经达到了基本的物理极限。除非找到新的方法，否则这些限制可能会使几十年的进展停滞不前。
正在探索的一个新方向是使用原子级薄材料代替硅作为新晶体管的基础，但是将这些“2D”材料与其他传统电子元件连接起来被证明是困难的。
现在，孔静教授领导的国际联合攻关团队已经找到了一种制造这些电连接的新方法，这可能有助于释放2D材料的潜力，进一步实现元件的小型化——研究人员说，这可能足以扩展摩尔定律，至少在不久的将来。
“我们解决了半导体器件微型化中最大的问题之一，即金属电极与单层半导体材料之间的接触电阻，”研究人员说。事实证明，解决办法很简单:用半金属元素铋代替普通金属与单层材料连接。
这种超薄单层材料，在这种情况下是二硫化钼，被视为硅基晶体管技术目前面临的小型化限制的主要竞争者。但研究人员说，在这种材料和金属导体之间建立一个高效、高导电性的界面，以便将它们相互连接，并连接到其他设备和电源，是阻碍这种解决方案进展的一个挑战。
金属和半导体材料(包括这些单层半导体)之间的界面产生了一种称为金属诱导间隙状态的现象，这种现象导致肖特基势垒的形成，肖特基势垒是一种抑制电荷载流子流动的现象。半金属的电子性质介于金属和半导体之间，结合两种材料之间适当的能量排列，最终消除了这个问题。
研究人员解释说，构成计算机处理器和存储芯片的晶体管的快速小型化在2000年左右就已经停滞不前，直到2007年一种允许在芯片上实现半导体器件三维架构的新发展打破了僵局，快速进展才得以恢复。但现在，他说，“我们认为我们正处于另一个瓶颈的边缘。”
所谓的二维材料，只有一个或几个原子厚的薄片，满足了晶体管小型化进一步飞跃的所有要求，有可能将一个称为沟道长度的关键参数减少几倍——在当前的尖端芯片中，从大约5到10纳米，到亚纳米尺度。各种这样的材料正在被广泛探索，包括一个被称为过渡金属双金属化合物的完整家族。新实验中使用的二硫化钼属于这个家族。
实现与这种材料的低电阻金属接触的问题，也阻碍了对这些新型单层材料的物理基础研究。因为现有的连接方法具有如此高的电阻，所以监控材料中电子行为所需的微小信号太弱而无法通过。“有许多物理方面的例子要求金属和半导体之间的接触电阻要低。所以，这也是物理学界的一个大问题，”研究人员说。
找出如何在商业水平上扩大和集成这样的系统可能需要一些时间，并且需要进一步的工程设计。但是对于这样的物理应用，研究人员说，新发现的影响可以很快感受到。“我认为在物理学中，许多实验可以立即从这项技术中受益，”研究人员说。
与此同时，研究人员继续进一步探索，继续缩小他们的设备尺寸，并寻找其它配对的材料，可能使更好的电接触到其他类型的电荷载流子，即所谓的空穴。他们说，他们解决了所谓的N型晶体管的问题，但如果他们能找到沟道和电接触材料的组合，也能实现有效的单层P型晶体管，这将为下一代芯片开辟许多新的可能性。
这项发现发表在了《自然》期刊上，这个项目的负责人是1997年毕业于北京大学的孔静教授。
论文的贡献一栏显示，孔静教授是项目的领导者，研究方向制定者并设计了实验，参与了论文撰写。
国内媒体认为本项目是台积电的科研成果，这是错误的，这个过程是这样的，首先由孔静教授领导的美国麻省理工团队，发现在二维材料上搭配半金属铋（Bi）的电极，能大幅降低电阻并提高传输电流。随后台积电技术研究部门（Corporate Research）将铋（Bi）沉积制程进行优化，台大团队并运用氦离子束微影系统（Helium-ion beam lithography）将元件信道成功缩小至纳米尺寸，终于获得这项突破性的研究成果。
简单说来，孔静的麻省理工团队是科学发现者，台积电和台大是纳米级实验的实现者，台大、台积电也没有在这项专利中署名：
在论文的利益声明中显示，孔静教授及其学生沈品均博士是专利权人，其中未见台积电的周昂升博士署名。
这个国际化研究团队单位成员，除了麻省理工学院和台积电、中国台湾大学以外，还包括加州大学伯克利分校，该团队还包括劳伦斯·伯克利国家实验室、和沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的研究人员。
北大才女孔静其人
孔静于1997年获得北京大学化学学士学位，2002年在斯坦福大学获得化学博士学位。从2002年到2003年，她在NASA Ames研究中心担任研究科学家；从2003年到2004年，她在代尔夫特大学担任博士后研究员。她于2004年加入麻省理工学院电气工程和计算机科学系。
孔静教授的研究兴趣集中在将单个碳纳米管的合成和制造结合起来并将其集成到电路中的问题。她的研究应用包括使用碳纳米管作为极其敏感的化学传感器来检测有毒气体。
孔静教授是美国化学学会，美国物理学会和材料研究学会的成员。她在2001年获得了2001年纳米技术预见杰出学生奖，在2002年获得了斯坦福大学物理化学年度评论奖，并在2005年获得了MIT 3M奖。
孔静教授还是麻省理工学院（MIT）电子研究实验室的首席研究员RLE。
写在最后，希望有一天孔静教授能回到祖国、回到北大，为中国的半导体科学的进步贡献自己的力量，毕竟科学无国界！
#全能创作家#
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