加州纳米技术研究院(CNSI)成功使用MoS2(辉钼,二硫化钼)制造出了辉钼基柔性微处理芯片,以MoS2为基础的微芯片只有同等硅基芯片的20%大小,功耗极低。单层的辉钼材料显示出良好的半导体特性,有些性能超过现在广泛使用的硅和石墨烯,有望成为下一代半导体材料。

1.辉钼性能优异的半导体材料,应用前景广阔

辉钼基柔性微处理芯片最早由瑞士洛桑理工学院(EPFL)纳米电子与结构实验室提出,并有望成为下一代半导体材料,其功耗远低于硅材料,又能用以制作出尺寸更小的晶体管,并且这种新一代半导体材料具备能隙的特性也优于石墨烯。

　　该实验室所使用的方法早期曾用于石墨烯研究。研究员粉碎了折叠胶带之间的辉钼矿晶体,层层剥离,直到所有剩下都是单原子厚的薄片。然后,将这些钼片沉积在一种基质上,再增加一层绝缘材料,并使用标准光刻添加源极和漏极和栅极,这样就制成一个晶体管。辉钼矿晶体管具有电气流动性,类似的晶体管是用石墨烯纳米带制成。

　　辉钼矿是一种半导体,可以让电子跳跃越过,这种属性称为带隙,可用于数字晶体管。石墨烯没有带隙,难以把它制成半导体,石墨烯前景在于超高速模拟电路、电信和雷达等。辉钼矿的带隙特别有望用于更高效的柔性太阳能电池、电子产品或高性能数字微处理器等。

　　辉钼是钼的二硫化物。瑞士洛桑联邦高等理工学院的研究人员认为,辉钼在自然界中含量丰富,常用于冶炼合金等领域,但之前对它电学性能的研究却不多,而实际上单层辉钼材料具有良好的半导体特性。与现在广泛使用的硅材料相比,辉钼具有两个主要优点:一是达到同等效用的体积更小。只有0.65纳米厚的辉钼材料,电子在其中能像在2纳米厚的硅材料中那样自如移动,同时,现有技术还无法将硅材料制作得跟辉钼材料一样薄;二是能耗更低。据估计,辉钼制成的晶体管在待机状态下消耗的能量只是硅晶体管的约十万分之一。

　　2.辉钼产业化尚需时日,对钼需求带动有限

　　不同于零能隙的石墨烯,辉钼矿具备1.8电子伏特(electron-volts)的能隙,介于砷化镓(能隙1.4电子伏特)与氮化镓(能隙3.4电子伏特)之间,因此使用该种材料能制作出同时具备电子与光学功能的芯片。辉钼是性能良好的下一代半导体材料,在制造超小型晶体管、发光二极管和太阳能电池方面具有广阔的前景,但是该技术目前仍处于实验室阶段,离产业化还有较远的距离,未来如果该技术得以大规模应用,则能显著改善全球钼金属的贡献结构。目前全球钼金属的消费量约为21万吨,目前全球电子级与光伏级硅的年需求量约为20万吨,假设其中50%被替代,则钼的消费将新增10.5万吨/年,约占当前钼消费量的50%,这将显著改善钼行业的全球供需结构。但目前来看,辉钼在半导体材料的应用对钼金属的需求带动有限。

（来源：中国钨协 2013-3-14）