硅在支撐智能手機、電腦、電動汽車等產品的半導體技術中一直佔據著王者地位，但美國賓夕法尼亞州立大學領導的一個研究團隊發現，“硅王”的統治地位可能正在受到挑戰。該團隊在最新一期《自然》雜志上發表了一項突破性成果：他們首次利用二維材料制造出一台能夠執行簡單操作的計算機。這項研究標志著向造出更薄、更快、更節能的電子產品邁出了重要一步。

此次開發的是一種互補金屬氧化物半導體（CMOS）計算機。與以往不同的是，這次沒有使用硅，取而代之的是兩種二維材料：用於n型晶體管的二硫化鉬和用於p型晶體管的二硒化鎢。這兩種材料的厚度隻有一個原子，在如此微小尺度下仍能保持優異的電子性能，是硅所不具備的優勢。

團隊採用金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）技術，生長出大面積的二硫化鉬和二硒化鎢薄膜，並分別制造出超過1000個n型和p型晶體管。通過精確調整制造工藝和后續處理步驟，團隊成功調控了n型和p型晶體管的閾值電壓，從而構建出功能完整的CMOS邏輯電路。

該二維CMOS計算機稱為“單指令集計算機”，可以在低電源電壓下運行，功耗極低，並能在高達25千赫的頻率下執行簡單的邏輯運算。雖然目前的工作頻率低於傳統硅基CMOS電路，但該計算機依然能夠完成基本的計算任務。團隊還開發了一個計算模型，使用實驗數據進行校准並結合設備之間的差異，以預測二維CMOS計算機的性能，並通過基准測試將其與最先進的硅技術進行了對比。

團隊表示，盡管還有進一步優化的空間，但這已經是二維材料在電子領域應用中的一個重要裡程碑。這項研究成果不僅為下一代電子設備提供了全新的材料選擇，也為未來芯片設計開辟了新方向。（記者張夢然）

分享讓更多人看到