半导体情报，科学家首次研发小于1纳米的晶体管！

【科学背景】

镜像孪晶界（MTBs）指的是在MoS2等材料中，两个相邻单层晶体通过精确的60°旋转形成的镜像反射结构。这种特殊的结构不仅具有稳定性，还被理论预测具有一维电子态的特性，可能展现出与传统二维材料不同的电子传输性质。然而，过去对MTBs的研究主要局限于小尺寸晶体和非控制条件下的实验，这限制了其在实际应用中的潜力发挥。

因此，韩国浦项科技大学Moon-Ho Jo教授团队联合通过确定性的外延生长，成功地实现了可扩展的MTBs结构，并验证了其作为一维金属性质的稳定性和可靠性。这一研究不仅扩展了对MTBs电子性质的理解，还为将其应用于二维电子电路中提供了新的合成途径。

在研究的过程中，研究团队不仅实现了对MTBs结构的精确控制，还探索了其作为电子元件中的潜在应用，如利用MTBs作为接触和互连的可能性。通过将MTBs集成到二维场效应晶体管（FETs）中，他们成功地展示了在低功耗逻辑电路中的先进性能。

【科学亮点】

（1）实验首次利用位置控制的外延生长技术，在原子厚的范德瓦尔斯半导体中实现了确定性MoS2镜像孪晶界（MTBs），并将其作为一维门的局部应用。

（2）实验通过简单的直流测量验证了这些MTBs在室温下作为稳健的一维欧姆导体的金属性质，证实其在单个和网络水平上的大规模应用潜力。此外，作者报道了将外延MTBs集成为原子尺度的门，构建vdW异质结场效应晶体管（FETs）的成功案例。

【科学图文】

图1 | 在外延范德华硫化钼MoS2 单层ML双晶中的镜像孪晶MTB。

图2 |  范德华vDW MoS2 单层ML双晶中，1D外延金属网络。

图3 | 通过位置控制成核设计的1D外延金属网络几何结构。

图4 | 具有MoS2镜像孪晶界MTB作为1D局域栅的场效应晶体管field-effect transistors，FET。

【科学启迪】

在本研究中，作者首次通过位置控制的外延方法成功实现了确定性的MoS2镜像孪晶界（MTBs），这些MTBs表现出显著的一维金属性质。通过简单的直流测量，作者验证了这些MTBs在室温下作为稳健的一维欧姆导体的能力，展示了其在电路长度尺度上的金属性质。此外，作者还将这些MTBs成功集成为一维门，构建了集成的二维场效应晶体管（FETs），并在单个和阵列FETs中展示了其在低功耗逻辑电路中的优异性能。这些研究成果不仅为利用范德瓦尔斯半导体中的MTBs构建高效电子器件提供了新的合成途径，还展示了在实现大面积单晶生长方面的潜力。

未来，通过更精确地控制晶体纹理的大小、位置和取向序列，作者有望进一步推动创新的二维电子电路设计，利用MTBs作为关键的接触和互连元件，从而实现更高效、更紧凑的电子器件。这些发现不仅对范德瓦尔斯材料的工程设计具有重要意义，还为下一代电子技术的发展开辟了新的可能性。

原文详情：Ahn, H., Moon, G., Jung, Hg. et al. Integrated 1D epitaxial mirror twin boundaries for ultrascaled 2D MoS2 field-effect transistors. Nat. Nanotechnol. (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01706-1