加州納米技術研究院(CNSI)成功使用MoS2(輝鉬,二硫化鉬)制造出了輝鉬基柔性微處理芯片,以MoS2為基礎的微芯片只有同等硅基芯片的20%大小,功耗極低。單層的輝鉬材料顯示出良好的半導體特性,有些性能超過現在廣泛使用的硅和石墨烯,有望成為下一代半導體材料。

1.輝鉬性能優異的半導體材料,應用前景廣闊

輝鉬基柔性微處理芯片最早由瑞士洛桑理工學院(EPFL)納米電子與結構實驗室提出,并有望成為下一代半導體材料,其功耗遠低于硅材料,又能用以制作出尺寸更小的晶體管,并且這種新一代半導體材料具備能隙的特性也優于石墨烯。

　　該實驗室所使用的方法早期曾用于石墨烯研究。研究員粉碎了折疊膠帶之間的輝鉬礦晶體,層層剝離,直到所有剩下都是單原子厚的薄片。然后,將這些鉬片沉積在一種基質上,再增加一層絕緣材料,并使用標準光刻添加源極和漏極和柵極,這樣就制成一個晶體管。輝鉬礦晶體管具有電氣流動性,類似的晶體管是用石墨烯納米帶制成。

　　輝鉬礦是一種半導體,可以讓電子跳躍越過,這種屬性稱為帶隙,可用于數字晶體管。石墨烯沒有帶隙,難以把它制成半導體,石墨烯前景在于超高速模擬電路、電信和雷達等。輝鉬礦的帶隙特別有望用于更高效的柔性太陽能電池、電子產品或高性能數字微處理器等。

　　輝鉬是鉬的二硫化物。瑞士洛桑聯邦高等理工學院的研究人員認為,輝鉬在自然界中含量豐富,常用于冶煉合金等領域,但之前對它電學性能的研究卻不多,而實際上單層輝鉬材料具有良好的半導體特性。與現在廣泛使用的硅材料相比,輝鉬具有兩個主要優點:一是達到同等效用的體積更小。只有0.65納米厚的輝鉬材料,電子在其中能像在2納米厚的硅材料中那樣自如移動,同時,現有技術還無法將硅材料制作得跟輝鉬材料一樣薄;二是能耗更低。據估計,輝鉬制成的晶體管在待機狀態下消耗的能量只是硅晶體管的約十萬分之一。

　　2.輝鉬產業化尚需時日,對鉬需求帶動有限

　　不同于零能隙的石墨烯,輝鉬礦具備1.8電子伏特(electron-volts)的能隙,介于砷化鎵(能隙1.4電子伏特)與氮化鎵(能隙3.4電子伏特)之間,因此使用該種材料能制作出同時具備電子與光學功能的芯片。輝鉬是性能良好的下一代半導體材料,在制造超小型晶體管、發光二極管和太陽能電池方面具有廣闊的前景,但是該技術目前仍處于實驗室階段,離產業化還有較遠的距離,未來如果該技術得以大規模應用,則能顯著改善全球鉬金屬的貢獻結構。目前全球鉬金屬的消費量約為21萬噸,目前全球電子級與光伏級硅的年需求量約為20萬噸,假設其中50%被替代,則鉬的消費將新增10.5萬噸/年,約占當前鉬消費量的50%,這將顯著改善鉬行業的全球供需結構。但目前來看,輝鉬在半導體材料的應用對鉬金屬的需求帶動有限。