半导体器件的集成度取决于栅极电极的宽度和控制效率，栅极电极控制晶体管中的电子流动。在传统的半导体制造工艺中，由于光刻分辨率的限制，将栅极长度减小到几纳米以下是不可能的。为了解决这一技术问题，研究团队利用了二维半导体二硫化钼 (MoS?) 的镜孪晶边界 (MTB) 是宽度仅为 0.4 纳米的一维金属这一事实。他们将其用作栅极电极，以克服光刻工艺的限制。
本研究通过在原子水平上控制现有二维半导体的晶体结构，将其转化为一维 MTB，实现了一维 MTB 金属相。这不仅代表了下一代半导体技术的重大突破，也代表了基础材料科学的重大突破，因为它展示了通过人工控制晶体结构大面积合成新材料相。
IEEE 的《国际器件与系统路线图》（IRDS）预测，到 2037 年，半导体节点技术将达到约 0.5 纳米，晶体管栅极长度为 12 纳米。研究团队证明，由 1D MTB 栅极施加的电场调制的通道宽度可以小至 3.9 纳米，大大超出了未来的预测。
研究团队开发的 1D MTB 晶体管在电路性能方面也具有优势。用于硅半导体器件小型化的 FinFET 或 Gate-All-Around 等技术由于器件结构复杂，容易产生寄生电容，导致高集成电路不稳定。而 1D MTB 晶体管由于结构简单、栅极宽度极窄，可以将寄生电容降至最低。
JO Moon-Ho主任表示：“通过外延生长实现的一维金属相是一种新型材料工艺，可应用于超小型半导体工艺，有望成为未来开发各种低功耗、高性能电子设备的关键技术。”
该研究成果以题名《Integrated 1D epitaxial mirror twin boundaries for ultrascaled 2D MoS2 field-effect transistors》于7月3日发表在nature nanotechnology上。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-024-01706-1
