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二维半导体的特点是什么?有哪些重要的应用?
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半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。近年来,二维半导体材料拥有新颖的物理性质而成为纳米科学的研究热点,受到了广泛的关注。那么请问二维半导体的特点是什么?有哪些重要的应用?

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匿名用户

二维半导体材料具有独特的电学性能,是半导体材料研究的重要突破。例如石墨烯、氮化硼、二硫化钼就是典型的二维半导体材料。同时,二维半导体材料具有广阔的研究空间,例如最具潜力的研究方向——构建范德华异质结构,即把不同性质的二维半导体材料层间堆叠形成新的人工结构,可以实现丰富的器件功能。另外,一些新型的二维半导体材料有望应用于高性能柔性光探测领域,在超薄柔性薄膜晶体管、发光二极管、太阳能电池等光电子领域中也具有广泛的应用前景。
二维半导体材料具有独特的电学性能,是半导体材料研究的重要突破。例如石墨烯、氮化硼、二硫化钼就是典型的二维半导体材料。同时,二维半导体材料具有广阔的研究空间,例如最具潜力的研究方向——构建范德华异质结构,即把不同性质的二维半导体材料层间堆叠形成新的人工结构,可以实现丰富的器件功能。另外,一些新型的二维半导体材料有望应用于...显示全部
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在X-MOL资讯中搜“二维半导体”,可以看到大量的相关应用
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二维半导体的特点 原子级厚度与量子限域效应:二维半导体材料通常由单层或几层原子构成,如MoS₂的厚度仅0.7纳米。这种超薄结构使电子运动被严格限制在二维平面内,导致带隙从体材料的间接带隙转变为单层的直接带隙,显著增强光吸收与发射效率,例如单层MoS₂的光响应速度和光吸收能力远超体材料。 高载流子迁移率与低接触电阻:二维材料内部原子通过强共价键结合,而层间仅靠微弱范德华力相互作用,这种结构使其具有高电子迁移率(如石墨烯载流子迁移率超过15,000cm²/Vs),同时表面无悬挂键的特性有助于形成低接触电阻的金属-半导体界面,从而提升晶体管的导电性能和开关速度。 机械柔韧性与高比表面积:二维材料具备优异的机械柔性,可承受弯曲而不损失性能,例如二硫化钼内存处理器可弯折且能耗极低。此外,其高比表面积(如MoS₂的光吸收率达5-10%)为化学反应提供更多活性位点,适用于传感器开发。 能带可调性与异质集成潜力:通过掺杂、表面吸附、调节厚度或施加应变,可精确调控二维材料的带隙和电学特性。例如,单层MoS₂可通过厚度调节实现间接-直接带隙转变。此外,不同二维材料可自由堆叠形成范德华异质结构,不受晶格匹配限制,为多功能器件设计提供新平台。 二维半导体的应用 高性能晶体管与集成电路:二维半导体可突破硅基晶体管的短沟道效应限制,例如MoS₂晶体管的开关比可达10⁸,适用于5纳米以下制程。基于MoS₂的晶体管在低电压下仍可保持高开关比,并表现出接近理论极限的亚阈值摆幅(约60 mV/dec),对超高性能计算芯片的研发具有重要意义。此外,二维材料与硅基工艺结合可弥补硅材料的物理短板,例如将二维材料嵌入硅光子学,可提高光电转换效率。 柔性电子与可穿戴设备:二维材料的机械柔性使其在柔性显示屏、电子皮肤等领域具有潜力。例如,瑞士洛桑联邦理工学院开发的二硫化钼内存处理器仅3个原子厚,可弯折且能耗极低。未来,可穿戴设备将结合二维材料与人工智能,实现对人体生物信号的实时监测和分析。 光电器件与光电集成:二维半导体的直接带隙特性使其在光电探测器、激光器等领域表现优异。例如,基于WS₂的光电探测器具备超快响应速度和宽波长高效吸收能力;转角WS₂/MoSe₂异质结可用于制备低阈值纳米激光阵列。此外,二维材料与硅光子学结合可实现电子与光子的高效转换,为超高速计算和通信提供可能。 能源存储与转换:二维材料在光伏电池、催化剂等领域展现出潜力。例如,TMDCs与钙钛矿结合可提升光吸收效率,实验室效率已超20%;MoS₂边缘的活性位点可用于高效制氢反应。此外,二维材料还可用于开发非挥发性存储器(如浮栅晶体管和铁电晶体管),具有快速读写速度和断电数据保持能力。 传感器与生物医学:二维材料的高灵敏度使其适用于光电探测器、化学传感器和生物传感器。例如,MoS₂纳米生物传感器可实现对DNA、RNA和蛋白质等生物分子的检测。其合适的带隙提供了更好的生物相容性和较低的生物目标检测限,在活体、原位和实时检测中具有优势。 神经形态计算与人工智能:基于二维材料的忆阻器可模拟突触行为,助力人工智能硬件开发。例如,通过memtransistors(记忆晶体管)实现的人工神经网络可加速神经形态计算的发展。此外,二维材料还可用于开发具有学习能力的神经形态硬件,为类脑计算提供新方案。 阿拉丁电子材料:https://www.aladdin-e.com/zh_cn/product-category/materials-science/organic-and-printed-electronics.html 阿拉丁官网:https://www.aladdin-e.com/
二维半导体的特点原子级厚度与量子限域效应:二维半导体材料通常由单层或几层原子构成,如MoS₂的厚度仅0.7纳米。这种超薄结构使电子运动被严格限制在二维平面内,导致带隙从体材料的间接带隙转变为单层的直接带隙,显著增强光吸收与发射效率,例如单层MoS₂的光响应速度和光吸收能力远超体材料。高载流子迁移率与低接触电阻:二维材料...显示全部
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