新方法让芯片更小、性能更强

本文介绍了一种提升二维半导体材料加工精度的新方法。研究聚焦于过渡金属硫族化合物（TMD）中的代表性材料——二硫化钼（MoS₂），它仅有三个原子层厚：中间一层钼，上下各一层硫。未来高性能晶体管可能需将硅与TMD材料集成，这就要求在制造中精准去除最上层硫原子，同时完好保留下方的钼层和底层硫层。传统等离子体刻蚀虽能轰击表面原子，但能量控制极难：稍高就会破坏钼层，稍低又无法有效去除硫原子（未处理表面需约30电子伏能量）。研究人员通过计算机模拟发现，先用氧或氟对MoS₂表面进行化学预处理，可大幅降低硫原子脱附所需能量——加氟后降至约10电子伏，加氧后约14电子伏。这显著拓宽了安全操作窗口，使更多等离子体离子能在不损伤下层的前提下完成刻蚀。其原理并非单纯靠物理撞击断键，而是借助化学反应：氧原子与硫原子结合生成易挥发的二氧化硫气体，氟则形成易脱附的硫氟化合物，相当于让化学反应‘帮忙拆解’。该方法有望推广至其他类似材料（如用钨替代钼、硒替代硫）。研究由普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）与普林斯顿大学合作完成，获美国能源部多个项目支持，计算工作依托国家能源研究科学计算中心（NERSC）及普林斯顿校内超算平台完成。