二维过渡金属二硫化物（TMDs）是指具有二维层状结构的过渡金属二硫化物，如二硒化钨（WSe?）和二硫化钼（MoS?）。TMDs在电子、光电及光子学领域展现出优异的性能，尤其是在电子器件中的应用，如场效应晶体管（FETs）、光电探测器等方面。尽管二维TMDs展现出巨大的应用潜力，但由于其高缺陷密度和界面问题，成为了研究中的难点和核心问题。
由于二维TMDs材料中充满了点缺陷，这些缺陷显著影响了器件的性能。此外，这些缺陷还导致了低迁移率和高变异性，使得器件性能难以稳定和提高。此外，二维TMDs的高缺陷密度也使得掺杂过程变得复杂，尤其是p型掺杂，这对高性能FETs的制造构成了挑战。对于TMDs而言，传统的掺杂方法和退化掺杂策略无法直接应用，因此必须寻找新的掺杂技术。另外，高介电常数（high-k）介质的开发也是一个关键问题。为了提高二维TMDs电子设备的性能，必须找到既能与二维材料兼容，又不会对其通道特性产生负面影响的高介电常数介质。此外，清洁的范德瓦耳斯（vdW）界面的实现也是提高器件性能的关键因素。这要求在金属/半导体和半导体/介质之间建立良好的界面，从而减少界面态和不意图掺杂的影响。
剑桥大学王琰以一作兼通讯、Manish Chhowalla教授团队近期的研究成果对二维过渡金属二硫化物（TMDs）电子设备发展的关键挑战进行深入分析，并提出了有效的应对策略。该研究成果在以题名“Critical challenges in the development of electronics based on two-dimensional transition metal dichalcogenides”发表在“Nature Electronics”期刊上。该论文指出，研究人员正在积极探索高质量二维TMDs材料的合成方法，以降低缺陷浓度，并优化金属、电介质和二维半导体之间的界面。近期的研究着重于提高材料的晶圆级合成质量，以及开发与工业兼容的高介电常数介质，从而推动TMDs电子设备的实际应用。通过这些研究，期望能够克服现有的技术挑战，实现高性能、稳定和可扩展的二维TMDs电子器件。该研究团队还开发了基于二维（2D）过渡金属二硫化物（TMDs）半导体的高性能电子设备，从原理验证演示进展到更可重复的集成设备。 实验通过优化材料质量以及金属接触、电介质和二维半导体之间的界面，发现以下关键挑战和解决方案：1. 掺杂问题：高缺陷密度导致掺杂困难，影响了器件性能的稳定性。
2. p型接触：实现高性能p型接触仍面临挑战，需要更有效的材料和工艺来优化接触性能。
3. 高介电常数介质：需要与CMOS兼容的高介电常数介质，这些介质不会对二维TMD通道产生负面影响。
