由维也纳工业大学的 Tibor Grasser 和 Yuri Illarionov（包括 RWTH 教授兼 AMO 主任 Max Lemme）领导的科学家团队在《自然-通讯》（Nature Communications）上发表了一篇关于目前为二维（2D）纳米电子学寻找合适绝缘体的综述。
不同绝缘体和半导体之间界面的 3D 效果图。
绝缘体在电子设备中发挥着至关重要的作用，但却常常被人遗忘。场效应晶体管 (FET) 和其他电子设备的性能和可靠性主要取决于将栅极与晶体管沟道隔开的绝缘体的质量，以及绝缘体与沟道形成的界面。这一点在半导体行业寻找用新型 “高 K 值 “电介质取代标准二氧化硅的解决方案时变得非常明显，因为这种电介质可以根据摩尔定律进一步扩展。为了改变 “晶体管核心 “的栅极绝缘体，人们花费了数年的研究时间和数百万欧元。
在二维材料领域，许多研究都集中在构成晶体管沟道的二维材料的物理和电气特性上。然而，这一领域最终也会面临与传统半导体相同的挑战。理论计算预测，由二维半导体（如 MoS2 和其他过渡金属二卤化物，如 MoSe2、MoTe2、WS2、WSe2）或黑磷制成的器件具有出色的性能。但是，迄今为止实现的器件往往存在非竞争性载流子迁移率、阈下波动和重要器件参数漂移等问题，而这些问题都是由所使用的栅极绝缘体引起的。因此，目前还没有具有商业竞争力的二维晶体管技术。
“马克斯-莱姆（Max Lemme）说：”早在 2006 年，我就在一份提案中写道，石墨烯在电气设备中的可用性最重要的一点是钝化的可能性，这一点至今仍然适用。”事实上，这句话现在必须扩展到其他二维材料。我们需要找到合适的绝缘体，即使在用绝缘层密封后，也能保持二维材料原有的电气特性”。
这篇综述介绍了当前二维技术栅极绝缘体的最新进展，并讨论了进一步提高二维器件性能的策略，如创建清洁界面、从二维半导体中生产原生氧化物以及对晶体绝缘体进行更深入的研究。虽然综述的主要重点是标准二维场效应晶体管，但讨论的问题也与其他器件技术直接相关，如隧道场效应晶体管、铁电场效应晶体管、负电容晶体管和模拟场效应器件（如光电探测器和生物传感器）。
“Lemme 说：”无论是电子学、光子学还是传感器，寻找合适绝缘体的解决方案对于二维材料的任何半导体相关应用的商业化都至关重要。”因此，我们将在即将推出的由欧盟委员会资助的石墨烯旗舰二维实验线中解决这一问题”。
参考文献信息：
“Insulators for 2D nanoelectronics: the gap to bridge”
Y. Y. Illarionov, T. Knobloch, M. Jech, M. Lanza, D. Akinwande, M. Vexler, T. Mueller, M. C. Lemme, G. Fiori, F. Schwierz & T. Grasser, Nat Commun 11, 3385 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16640-8
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