中国在二维高性能浮栅晶体管存储器方面取得重要进展

中国在二维高性能浮栅晶体管存储器方面取得重要进展中国华中科技大学的材料成形与模具技术全国重点实验室教授翟天佑团队，在二维高性能浮栅晶体管存储器方面取得重要进展，研制了一种具有边缘接触特征的新型二维浮栅晶体管器件，与现有商业闪存器件性能对比，其擦写速度、循环寿命等关键性能均有提升。新华社星期一（9月18日）报道上述消息。浮栅晶体管作为一种电荷存储器，是构成当前大容量固态存储器发展的核心元器件。然而，当前商业闪存内硅基浮栅存储器件所需的擦写时间约在10微秒至1毫秒范围内，远低于计算单元CPU纳秒级的数据处理速度，且其循环耐久性约为10万次，也难以满足频繁的数据交互。二维材料具有原子级厚度和无悬挂键表面，在器件集成时可有效避免窄沟道效应和界面态钉扎等问题，是实现高密度集成、高性能闪存器件的理想材料。不过，在此前的研究中，其数据擦写速度多异常缓慢，鲜有器件可同时实现高速和高循环耐久性。根据新华社，面对这一挑战，翟天佑团队研制了一种具有边缘接触特征的新型二维浮栅晶体管器件，通过对传统金属-半导体接触区域内二硫化钼进行相转变，使其由半导体相（2H）向金属相（1T）转变，使器件内金属-半导体接触类型由传统的3D/2D面接触过渡为具有原子级锐利界面的2D/2D型边缘接触，实现了擦写速度在10纳秒至100纳秒、循环耐久性超过300万次的高性能存储器件。报道引述翟天佑说：“通过对比传统面接触电极与新型边缘接触，该研究说明了优化制备二维浮栅存储器件内金属-半导体接触界面对改善其擦写速度、循环寿命等关键性能有重要作用。”

麻省理工学院在将二维材料集成到设备方面取得突破

麻省理工学院在将二维材料集成到设备方面取得突破这幅艺术家的作品展示了麻省理工学院研究人员开发的一种新型集成平台。通过对表面力进行工程设计，他们只需一个接触和释放步骤，就能将二维材料直接集成到设备中。图片来源：SampsonWilcox/电子研究实验室提供但是，将二维材料集成到计算机芯片等设备和系统中是众所周知的难题。这些超薄结构可能会受到传统制造技术的破坏，这些技术通常依赖于使用化学品、高温或蚀刻等破坏性工艺。为了克服这一挑战，麻省理工学院和其他大学的研究人员开发出了一种新技术，只需一步就能将二维材料集成到设备中，同时保持材料表面和由此产生的界面原始无缺陷。他们的方法依赖于纳米级的工程表面力，使二维材料可以物理叠加到其他预制设备层上。由于二维材料不会受损，研究人员可以充分利用其独特的光学和电学特性。所开发的平台利用行业兼容的工具集，使这一过程可以扩展。在这里，主要作者彼得-萨特斯韦特（PeterSatterthwaite）使用MIT.nano中修改过的配准工具进行图案化配准集成。他们利用这种方法制造出了二维晶体管阵列，与使用传统制造技术制造出的器件相比，实现了新的功能。他们的方法用途广泛，可用于多种材料，可在高性能计算、传感和柔性电子器件等领域广泛应用。释放这些新功能的核心是形成清洁界面的能力，所有物质之间存在的特殊力量（称为范德华力）将这些界面连接在一起。电子工程与计算机科学（EECS）助理教授、电子学研究实验室（RLE）成员FarnazNiroui是介绍这项工作的新论文的资深作者。"范德华积分有一个基本限制，"她解释说，"由于这些作用力取决于材料的内在特性，因此无法轻易调整。因此，有些材料无法仅利用其范德华相互作用来直接相互整合。我们提出了一个解决这一限制的平台，以帮助范德华集成变得更加通用，从而促进具有新功能和改进功能的基于二维材料的设备的开发。"Niroui与论文第一作者、电子工程与计算机科学研究生PeterSatterthwaite，电子工程与计算机科学教授、RLE成员JingKong，以及麻省理工学院、波士顿大学、台湾国立清华大学、台湾国家科学技术委员会和台湾国立成功大学的其他人共同撰写了这篇论文，这项研究最近发表在《自然-电子学》上。纳米级表面力的多样性使研究人员能够将粘合剂基质转移到许多不同的材料上。例如，在这里，通过使用粘合聚合物，他们能够将图案化的石墨烯（一原子厚的碳薄片）从源基底（上图）转移到接收粘合聚合物（下图）上。图片来源：Niroui小组提供使用传统制造技术制造计算机芯片等复杂系统可能会变得一团糟。通常情况下，像硅这样的硬质材料会被凿成纳米级，然后与金属电极和绝缘层等其他元件连接，形成有源器件。这种加工过程会对材料造成损害。最近，研究人员专注于使用二维材料和一种需要连续物理堆叠的工艺，自下而上地构建设备和系统。在这种方法中，研究人员不是使用化学胶水或高温将脆弱的二维材料粘合到硅等传统表面上，而是利用范德华力将一层二维材料物理集成到设备上。范德华力是存在于所有物质之间的自然吸引力。例如，壁虎的脚会因为范德华力而暂时粘在墙上。虽然所有材料都存在范德华力，但根据材料的不同，范德华力并不总是强大到足以将它们粘在一起。例如，一种名为二硫化钼的流行半导体二维材料会粘在黄金上，但不会通过与二氧化硅等绝缘体表面的物理接触直接转移到该表面上。然而，通过整合半导体层和绝缘层制成的异质结构是电子设备的关键组成部分。以前，实现这种集成的方法是将二维材料粘合到一个中间层（如金）上，然后使用该中间层将二维材料转移到绝缘体上，最后再使用化学品或高温去除中间层。麻省理工学院的研究人员没有使用这种牺牲层，而是将低粘性绝缘体嵌入高粘性基质中。这种粘合基质使二维材料粘附在嵌入的低粘合力表面上，提供了在二维材料和绝缘体之间形成范德华界面所需的力。制作矩阵为了制造电子设备，他们在载体基底上形成金属和绝缘体的混合表面。然后将该表面剥离并翻转，就会看到一个完全光滑的顶面，其中包含所需的器件构件。这种光滑度非常重要，因为表面和二维材料之间的间隙会阻碍范德华相互作用。然后，研究人员在完全洁净的环境中单独制备二维材料，并将其与制备好的器件堆栈直接接触。"一旦混合表面与二维层接触，无需任何高温、溶剂或牺牲层，它就能拾取二维层并将其与表面整合在一起。"萨特斯韦特解释说："通过这种方式，我们可以实现传统上被禁止的范德华集成，但现在却可以实现，而且只需一步就能形成功能齐全的器件。"这种单步工艺可使二维材料界面保持完全清洁，从而使材料达到其性能的基本极限，而不会受到缺陷或污染的影响。而且，由于二维材料的表面也保持原始状态，研究人员可以对二维材料的表面进行工程设计，以形成与其他元件的特征或连接。例如，他们利用这种技术制造出了p型晶体管，而利用二维材料制造这种晶体管通常是具有挑战性的。他们的晶体管在以前的研究基础上有所改进，可以为研究和实现实用电子产品所需的性能提供一个平台。展望未来他们的方法可以大规模地制造更大的装置阵列。粘合基质技术还可用于一系列材料，甚至与其他力量结合使用，以增强这一平台的多功能性。例如，研究人员将石墨烯集成到器件上，利用聚合物基质形成所需的范德华界面。在这种情况下，粘附依靠的是化学作用，而不仅仅是范德华力。未来，研究人员希望以此平台为基础，整合各种二维材料库，在不受加工损伤影响的情况下研究其内在特性，并利用这些卓越功能开发新的设备平台。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423078.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423078.htm

中国科学家实现二维金属碲化物材料的批量制备

中国科学家实现二维金属碲化物材料的批量制备二维过渡金属碲化物材料是一类新兴的二维材料，由碲原子（Te）和过渡金属原子（如钼、钨、铌等）组成，其微观结构类似于“三明治”，过渡金属原子被上下两层的碲原子“夹”住，形成层状二维材料。因具有奇特的超导、磁性、催化活性等物理和化学性质，二维过渡金属碲化物材料在量子通讯、催化、储能、光学等领域展现出重要应用潜力，受到了国际学术界的广泛关注。科学家实现二维金属碲化物材料的批量制备（中国科学院大连化学物理研究所供图）“比如，二维过渡金属碲化物具有高导电性和大比表面积，可作为高性能超级电容器和电池的电极材料；同时二维过渡金属碲化物纳米片表面具有丰富可调的活性位点，可用作制备绿氢和双氧水的电催化剂，提高催化剂的选择性、效率和性能；此外，该材料还展现出特有的量子现象，如超导和巨磁电阻等，可作为下一代低功耗器件和高密度磁性存储器件的材料。”论文共同通讯作者、中国科学院大连化物所研究员吴忠帅解释。然而，目前该材料还无法实现高质量的批量制备，阻碍了其实际应用。二维过渡金属碲化物材料一般采用“自上而下”的制备方法，如同拆解积木，通过机械力或化学作用方式将其一层一层剥离下来，从而制备出单层的二维纳米片。常用的“自上而下”方法有化学插层剥离法、球磨法、胶带剥离法、液相超声法等，其中化学插层剥离法的剥离效率虽然最高，但剥离仍需要数小时。批量化可控制备二维过渡金属碲化物纳米片（中国科学院大连化学物理研究所供图）科学家们大多采用有机锂试剂作为插层剂，即将含有锂离子的插层剂插入块体层状结构材料的片层中，并利用锂和水的反应使插层剂“膨胀”，在每一层间形成一个“气压柱”，将叠在一起的纳米片层层“撑开”，就如同使用了一把“化学刮刀”一层一层地将纳米片“刮”下来，这种层间的气体膨胀作用力远大于机械剥离力，可以提高剥离效率。“但是，有机锂是一种易燃易爆的液体试剂，具有很大的安全隐患。因此，实现安全、高效的化学剥离成为科学家努力的目标。”吴忠帅说。此次，科研人员创新性地采用固相化学插层剥离方法，筛选出了一种固相插层试剂——硼氢化锂。硼氢化锂具有强还原性质，在干燥空气中稳定，可用于高温固相插锂反应，解决了插层反应速度慢的问题，从而实现了安全、高效、快速的插层剥离。整个插层剥离过程只需10分钟，可批量制备出百克级（108克）碲化铌纳米片，与液相化学插层剥离法制备量均小于1克相比，此方法的产量提升了两个数量级。值得关注的是，科研人员还利用此方法制备出了五种不同过渡金属的二维过渡金属碲化物纳米片和十二种合金化合物纳米片，证明这种方法具有普适性。“该方法简单、快速、高效，对二维材料的宏量制备具有普适意义。”《自然》审稿人对该方法给予了高度评价。吴忠帅表示，利用该方法制备出的二维过渡金属碲化物纳米片的溶液和粉体具有良好的加工性能，可以作为各种功能性浆料，实现薄膜、丝网印刷器件、3D打印器件、光刻器件的高效和定制化加工等，有望在高性能量子器件、柔性电子、微型超级电容器、电池、催化、电磁屏蔽、复合材料等方向发挥重要作用。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426195.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426195.htm

超越二进制：怀俄明大学研究人员用二维磁性器件实现类脑概率计算机

超越二进制：怀俄明大学研究人员用二维磁性器件实现类脑概率计算机访问：Saily-使用eSIM实现手机全球数据漫游安全可靠源自NordVPN磁控技术的突破怀俄明大学的一个研究小组创造了一种创新方法，可以控制超薄二维范德华磁体中的微小磁态--这一过程类似于打开电灯开关控制灯泡。怀俄明大学物理与天文学系助理教授、量子信息科学与工程中心临时主任田纪发说："我们的发现可能会带来存储更多数据、功耗更低的先进存储设备，或者能够开发出全新类型的计算机，快速解决目前难以解决的问题。"怀俄明大学物理与天文系助理教授、量子信息科学与工程中心临时主任田纪发。资料来源：怀俄明大学田是一篇题为"Tunnelingcurrent-controlledspinstatesinfew-layervanderWaalsmagnets"的论文的通讯作者，该论文于5月1日发表在《自然通讯》（NatureCommunications）上。了解范德华材料范德瓦耳斯材料由结合力较强的二维层组成，这些二维层通过较弱的范德瓦耳斯力在三维空间结合在一起。例如，石墨就是一种范德华材料，在工业中广泛用于电极、润滑剂、纤维、热交换器和电池。研究人员可以利用层间范德华力的性质，使用Scotch胶带将层间剥离成原子厚度。研究小组开发了一种被称为磁隧道结的装置，它使用三碘化铬--一种只有几个原子厚的二维绝缘磁体--夹在两层石墨烯之间。通过向夹层发送微小的电流（称为隧道电流），磁铁的磁畴（大小约为100纳米）方向就能在单个三碘化铬层中得到控制。磁自旋控制的进展具体来说，"这种隧道电流不仅能控制两个稳定自旋态之间的切换方向，还能诱导和操纵瞬变自旋态之间的切换，即随机切换。这一突破不仅引人入胜，而且非常实用。与传统方法相比，它的能耗要低三个数量级，就像把旧灯泡换成发光二极管一样，这可能会改变未来技术的游戏规则，"田说。"我们的研究可以开发出比以往更快、更小、更节能、更强大的新型计算设备。我们的研究标志着二维极限磁学的重大进展，并为新型、功能强大的计算平台（如概率计算机）奠定了基础。"开发概率计算机传统计算机使用比特将信息存储为0和1。这种二进制代码是所有传统计算过程的基础。量子计算机使用量子比特，可以同时表示"0"和"1"，从而成倍提高处理能力。田说："在我们的工作中，我们开发出了你可能认为是概率位的东西，它可以根据隧道电流控制概率在'0'和'1'（两种自旋状态）之间切换。这些比特基于超薄二维磁体的独特特性，能以类似大脑神经元的方式连接在一起，形成一种新型计算机，即概率计算机。"新技术带来计算革命"这些新型计算机之所以具有潜在的革命性意义，是因为它们能够处理对传统计算机甚至量子计算机来说都极具挑战性的任务，例如某些类型的复杂机器学习任务和数据处理问题，它们具有天然的容错性，设计简单，占用空间较小，这可能会带来更高效、更强大的计算技术"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430341.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430341.htm

西电郝跃院士在超陡垂直晶体管器件研究方面取得进展

西电郝跃院士在超陡垂直晶体管器件研究方面取得进展该工作报道一种新型晶体管器件技术，将电阻阈值开关与垂直晶体管进行集成，实现了兼具超陡亚阈值摆幅与高集成密度潜力的垂直沟道晶体管，电流开关比超过8个数量级且室温亚60mV/dec电流范围超过6个数量级，为后摩尔时代高性能晶体管技术提供了一种新的器件方案。随着集成电路制造工艺下探亚5纳米技术节点，传统的晶体管尺寸微缩路线无法像过去一样使能“器件-芯片”性能提升与成本控制。在此背景下，学术界与工业界近年来提出多种创新器件技术，以期克服常规MOSFET的技术局限。其中，三星、IBM、欧洲微电子中心（IMEC）等国际研发机构推出了垂直输运场效应晶体管（vertical-transportfield-effecttransistor,VTFET）器件技术。通过将电流方向从传统MOSFET的平面方向转换为垂直方向，该器件结构有望在芯片上垂直构造晶体管，从而大幅降低器件占有空间，提高集成密度。受此启发，西电研究团队采用超薄二维异质结构造VTFET半导体沟道并与电阻阈值开关（TS）垂直集成，实现超陡垂直晶体管（TS-VTFET）。这一器件技术借助超薄二维半导体出色的静电调控，大幅提升器件栅控能力；同时，借助电阻阈值开关的电压控制“绝缘-导电”相变特性，该器件的室温亚阈值摆幅达到1.52mV/dec，远低于常规MOSFET室温亚阈值摆幅高于60mV/dec的理论极限。此外，在发表的概念验证工作中，研究团队制备的超陡垂直晶体管表现出强大性能，包括电流开关比高于8个数量级、亚60mV/dec电流区间超过6个数量级、漏电流小于10fA等，为后摩尔时代高性能低功耗晶体管技术提供了一种新的方案。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1419269.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1419269.htm

为规模化制备提供可能性 我国科研人员实现二维金属碲化物材料的宏量制备

为规模化制备提供可能性我国科研人员实现二维金属碲化物材料的宏量制备记者从中国科学院大连化学物理研究所获悉，该所吴忠帅研究员团队与中国科学院深圳先进技术研究院、中国科学院金属研究所和深圳理工大学（筹）成会明院士、北京大学电子学院康宁副教授合作，在二维过渡金属碲化物材料的宏量制备方向取得新进展，为过渡金属碲化物二维材料的规模化制备提供了可能性。这项方法简单、快速、高效，对于二维材料的宏量制备对具有普适意义。相关成果于北京时间4月3日在国际学术期刊《自然》发表。（央视新闻）