近日，湖南大学研究团队成功制备出了超短沟道的二硫化钼（MoS2）垂直场效应晶体管（VFET），其厚度小至3纳米，沟道长度约0.65纳米，几乎只有一个原子的大小，能在很大程度上提高芯片的性能。
沟道是指MOS管中源区和漏区之间的一薄半导体层。一般来说，沟道长度越短，芯片的集成度越高，性能越好，功耗越低，开关的速度越快。MOS管是指金属氧化物半导体场效应晶体管。
然而，受短沟道效应、传统高能金属沉积技术、高精度光刻技术等因素限制，要想把沟道长度降低到10nm以下极为困难。“功夫不负有心人”，现今湖南大学研究者总算把这个数值降到了0.65nm。
简单来说，研究人员采用了低能量的范德华（vdW）金属电极集成方法，以MoS2作为半导体沟道的薄层，然后将预制备的金属电极物理层，压到二硫化钼沟道的顶部，即可得到MoS2垂直晶体管。该方法不仅大大推动了晶体管器件的缩放极限，而且还保留二维半导体的晶格结构和固有特性，形成原子级别平整的金属-半导体界面，以减少隧穿电流。
研究表明，在垂直晶体管沟道长度为0.65nm和3.6nm的情况下，仍可以实现26和1000的开关比，可见开关比性能提升了两个数量级。虽然超短沟道使得开关比有所下降，但是低温电学测试表明，这种晶体管仍保持了电子发射为主导的特性。
另外，研究者还将这种方法应用于二硒化钨、二硫化钨等层状半导体，都实现了3nm以下厚度的垂直场效应晶体管。该研究成果已以“Transferred van der Waals metal electrodes for sub-1-nm MoS2 vertical transistors”为题发表在《Nature Electronics》上。
