什麼是二維材料
厚度僅一至數個原子層也能穩定存在的層狀材料。MoS2等半導體可以做出矽難以實現的極薄通道，因此被研究作為未來極微縮電晶體的材料。
日文名稱: 2次元材料
「二維材料」出現在3領域的5道練習題中（先進電晶體（FinFET與GAA）, 磊晶成長, 蝕刻等）。
這個名詞所屬的領域: 先進電晶體（FinFET與GAA）
什麼是二維材料
二維材料是從層狀物質中取出一層或數層而成；這類物質在面內以強共價鍵結合，層與層之間則以弱的凡得瓦力相疊。代表性的有碳的石墨烯、絕緣體的六方氮化硼（hBN），以及半導體的過渡金屬二硫屬化物（TMD）。TMD由鉬、鎢等過渡金屬與硫、硒等硫屬元素組成，MoS2單層厚度約0.65 nm。石墨烯沒有能隙，因此電晶體通道主要考慮TMD。
適合極薄通道的原因
要抑制短通道效應，通道必須比閘極長度足夠薄。矽薄到數nm以下時，表面粗糙造成的散射增強，遷移率大幅下降，厚度的微小差異也會改變臨界電壓。二維材料表面沒有懸鍵，單層厚度由材料決定，因此即使厚度不到1 nm仍保有半導體性質。因此被視為讓奈米片GAA與CFET的通道更薄的候選材料，n型研究MoS2，p型研究WSe2等。
接點與閘極絕緣膜的難處
二維材料電晶體與金屬電極之間的接觸電阻容易偏大，一直是主要課題。2021年，MIT、台積電、台灣大學等研究人員報告，以半金屬鉍作為電極，可大幅降低與單層MoS2之間的接觸電阻。另一方面，表面沒有懸鍵這一點，在製作閘極絕緣膜時反而不利：原子層沉積（ALD）的前驅物不易吸附在表面，high-k膜難以均勻成長，因此正在研究使用薄種子層等方法。
邁向量產的課題
要在整片300 mm晶圓上均勻形成低缺陷的單層膜仍很困難；若在其他基板上高溫成長再轉印，皺褶、汙染與破損會成為問題。p型要得到足夠的效能，以及像矽那樣以摻雜控制導電，也是課題。截至2020年代中期，二維材料通道是以矽奈米片之後的世代為目標進行研究的階段。
練習二維材料的題目
以MoS2等二維材料作為通道的電晶體，難以用原子層沉積（ALD）均勻形成high-k閘極絕緣膜的主要原因，下列何者正確？
- A二維材料是金屬，會與絕緣膜反應
- B表面幾乎沒有懸鍵，ALD前驅物可以吸附並開始成膜的位置很少
- C二維材料表面非常粗糙，ALD前驅物無法到達深處
在二維材料中，主要研究以MoS2等過渡金屬二硫屬化物、而非石墨烯作為邏輯電晶體通道的原因，下列何者正確？
- A石墨烯沒有能隙，閘極電壓無法充分截止電流
- B石墨烯厚度必須在1 cm以上才能穩定
- C石墨烯是不導電的絕緣體
常見問題
為什麼不用石墨烯作為電晶體通道？
石墨烯沒有能隙，閘極電壓無法充分截止電流。邏輯電晶體研究的是具有能隙的MoS2、WSe2等過渡金屬二硫屬化物。
為什麼二維材料通道即使很薄，遷移率也不易下降？
因為表面沒有懸鍵，厚度在原子層級上一致，不容易出現矽極度薄化時那樣的表面粗糙散射與厚度變異。
二維材料電晶體的主要課題是什麼？
與金屬的接觸電阻、閘極絕緣膜的均勻成膜、大面積低缺陷膜的形成、p型效能，以及摻雜控制等。
解析中的「二維材料」
二維材料的層表面沒有懸鍵，因此即使厚度不到1 nm，遷移率也不易下降。
以MoS2等二維材料作為通道的電晶體，難以用原子層沉積（ALD）均勻形成high-k閘極絕緣膜的主要原因，下列何者正確？MoS2 等過渡金屬二硫族化物是二維材料，即使只有相當於 3 個原子（約 0.65 nm）的單層，仍保有半導體的性質。
下列關於作為未來極微小電晶體通道材料而研究的二硫化鉬（MoS2）等材料之特徵，何者正確？有望應用於化合物半導體、二維材料、GAA的極微細結構等怕損傷的加工。
將電漿產生的離子中性化後再照射晶圓，以抑制帶電與紫外線造成的損傷來進行加工，這種處於研究階段的蝕刻方法是下列何者？
出現「二維材料」的題目（5題）
相關名詞
遷移率 電漿 GAA(環繞式閘極) ALD(原子層沉積) 前驅物 能隙 奈米片 GaAs(砷化鎵) SiC(碳化矽) 硫族化合物