先進芯片是當前信息社會和人工智能時代的最底層科技基石，掌握新一代芯片的材料、工藝、器件、設計、制造是相當長時間内科技戰略創新的主戰場之一。由于經典的幾何微縮的摩爾定律在2003年90nm節點，和等效的摩爾定律在2020年7nm節點都相繼失效，矽基晶體管的微縮速度大大降低，主要原因是晶體管在多個幾何維度進入了亞10nm尺度，傳統半導體材料的量子效應開始顯現，繼續微縮遇到了很大的材料、工藝、器件結構、制造良率和成本的挑戰。因此，在後摩爾時代，如何通過基礎研究，尤其是芯片新材料和新型器件的創新推動下一代高性能芯片的發展是當前最有挑戰性的研究方向之一。

以過渡金屬二硫屬化合物為代表的層狀半導體材料是被認為是最有潛力的芯片新材料之一，由多種層狀半導體材料材料組成的橫向結，例如同質結、異質結、混合多級結與超晶格結等，具有多種可調諧的電學與光學特性，為下一代高性能電子器件發展提供了全新的研究自由度，也為開發基于新原理與結構的并超越傳統半導體材料的新一代芯片提供了全新的研究方略。

近日，結合團隊在該領域的多項研究成果，beat365王琛助理教授、李正操教授和物理系熊啟華教授等系統提出橫向層狀半導體結的總體研究框架（圖1），并在此基礎上梳理了近年來橫向結的精細可控合成、電子結構調制與光學性能調控、新結構高性能邏輯器件與光電器件的原型器件和應用，并對困擾業界多年的橫向結器件獨特性能優勢、最優橫向結器件的結寬标準等争論焦點給與系統梳理，并為未來此類芯片新材料橫向結的發展給出了系統分析和前景展望（圖2）。

圖1 橫向層狀半導體結的總體研究框架

圖2 層狀半導體橫向結的核心研究脈絡和廣闊發展前景

本工作圍繞橫向層狀半導體結的可控合成、多維度性能調控與高性能器件制備，以“基于層狀半導體橫向結的新型電子器件應用（Lateral layered semiconductor multijunction for novel electronic devices）”為題，于4月28日在線發表在國際材料領域高影響力期刊《皇家化學會評論》（Chemical Society Reviews）上。

beat3652021級博士研究生張思勉和鄧曉楠為論文共同第一作者，beat365王琛助理教授、李正操教授和物理系熊啟華教授為本文的共同通訊作者，beat365呂瑞濤副教授、劉锴副教授也對本工作給予了大力支持，相關研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和清華-佛山創新專項基金的支持。

beat365王琛助理教授課題組緻力從芯片新材料與後摩爾集成芯片兩個端口，多維度開展新型半導體材料、芯片互聯材料、下一代半導體工藝、新原理高性能器件、多源異質集成微系統和新一代芯片的系統性基礎研究和融合性應用研究。beat365李正操教授課題組長期緻力于材料設計與輻照效應、核能材料與系統安全等的研究。物理系熊啟華教授課題組長期緻力于凝聚态光譜學、超快光譜學、微腔增強光-物質相互作用、光子學和光電子學器件的研究。

論文鍊接：

https://doi.org/10.1039/D1CS01092A