无水制造方法有助于推进二维电子集成

技术的未来有一个古老的问题：生锈。当含铁金属与氧气和水分反应时，产生的腐蚀极大地阻碍了汽车行业零件的寿命和使用

虽然氧化在半导体行业中不被称为“锈”，但在控制电子设备中电流的二维（2D）半导体材料中，氧化尤其成问题，因为任何腐蚀都会使原子薄材料变得无用

现在，一个由学术和企业研究人员组成的团队开发了一种合成工艺，可以生产出具有额外性能的“防锈”涂层，非常适合制造更快、更耐用的电子产品

该团队由宾夕法尼亚州立大学的研究人员共同领导，在《自然通讯》上发表了他们的研究成果

2D材料是超薄的，只有一个或几个原子厚。它们为先进半导体带来了希望，因为它们的薄度为电子在材料中快速移动提供了更短、更直接的路径，并且阻力更小。这反过来又允许更快、更高效的电子性能

半导体是在某些条件下导电但在其他条件下不导电的材料，使其成为控制电子设备中电流的理想材料。电子设备，即计算机芯片的“大脑”，是由这些材料制成的

材料科学与工程教授、该研究的合著者Joshua Robinson说：“如今，我们在2D半导体研究中看到的最大问题之一是材料会迅速氧化。”

“你需要确保它们的长期可靠性，因为这些材料将用于本应持续数年的晶体管或传感器。目前，这些材料在露天环境中不会持续超过一周。”。该团队解决这个问题的方法是寻找一种可以完全避免使用水的涂层材料和方法。输入非晶氮化硼（a-BN）

罗宾逊说：“我们想在这个过程中不使用水，所以我们开始考虑我们可以制造出什么样的二维材料，在加工过程中不用水，无定形氮化硼就是其中之一。”

Robinson说，A-BN是氮化硼的一种非晶态形式，以其高热稳定性和电绝缘性能而闻名，使其成为半导体中绝缘元件、防止不必要电流和提高器件性能的理想选择

他解释说，a-BN a具有高介电强度，这一测量表明该材料能够承受高电场而不会击穿，这是可靠电子性能的关键因素

Robinson说：“a-BN表现出的高介电强度与现有的最佳电介质相当，我们不需要水来制造它。”。“我们在论文中证明的是，与单独使用传统电介质相比，包括非晶氮化硼可以提高器件性能。”Robinson说，虽然涂层有助于生产更好的2D晶体管，但在2D材料上获得涂层被证明是一个挑战。二维材料缺少悬空键，悬空键是材料表面上与其他原子反应或结合的未成对电子

使用更高温度涂覆材料的标准单步工艺会导致涂层不均匀和不连续，远低于电子设备正常运行所需的质量

为了用a-BN均匀地涂覆2D材料，该团队开发了一种新的两步原子层沉积方法，该方法首先沉积一层薄的低温a-BN“晶种层”，然后将腔室加热到250至300°C之间的典型沉积温度

这不仅使研究人员能够在2D半导体上产生均匀的a-BN涂层，而且与不使用a-BN的器件相比，晶体管性能提高了30%至100%，具体取决于晶体管设计。

Robinson说：“当你把2D半导体夹在非晶氮化硼之间时，即使它是非晶的，你最终会得到一条更平滑的电子道路，可以说，这将使电子设备得到改进。”。“电子可以比在其他介电材料之间更快地穿过2D材料。”Robinson指出，即使具有高介电强度，研究人员也只是触及了a-BN作为半导体器件介电材料的潜力的表面

罗宾逊说：“尽管它已经超越了其他介电材料，但我们仍有改进的空间。”。“我们现在要做的主要事情是提高材料的整体质量，然后将其整合到未来电子产品中会看到的一些复杂结构中。”