近日，清華大學集成電路學院任天令教授團隊在小尺寸晶體管研究方面取得重大突破，成功製備出栅極長度小于1納米的垂直二硫化鉬（MoS2）晶體管，幷具有良好的電學性能。這將爲二維材料在未來芯片的應用提供參考依據，以延長摩爾定律的“生命”。
與鋼鐵支撑工業一樣，芯片支撑著信息産業，廣泛應用于汽車、手機、電腦、醫療設備、家用電器等領域。據悉，現在的一部手機需要二十幾個芯片，一輛汽車需要一百多個芯片，而且隨著未來設備的功能不斷增加，所需要的芯片也將越來越多。因此可以說，它是高端製造業的核心基石。
芯片一般是指集成電路的載體，也是集成電路經過設計、製造、封裝、測試後的結果。集成電路顧名思義就是把一定數量的電子元件如晶體管、電阻、電容等，以及這些元件之間的連綫，通過半導體工藝集成在一起的具有特定功能的電路。目前的集成電路由幾十億、甚至上百億個晶體管組成。
矽（Si）晶體管是當前應用範圍最廣的一種晶體管。不過，隨著人們生活水平的不斷提高及科學技術的日益成熟，Si晶體管已經很難滿足未來的需求了。當栅極長度（Lg）縮小到5nm以下時，矽芯片能容納的晶體管數量接近極限。正常來說，在芯片體積越小的情况下，晶體管數量越多，芯片的性能就越强。
因此，爲了填補小尺寸晶體管領域的空白，研究者對二維半導體材料展開了深入的研究，認爲二硫化鉬有望替代矽成爲未來晶體管溝道材料的理想候選者。MoS2是一種典型的過渡金屬半導體材料，不僅具有原子層的厚度，還有優异的電化學性能。目前，已經有很多人報道了原子級薄的MoS2晶體管，但是Lg小于1納米器件的製造仍具有較大挑戰性。
爲進一步突破1納米以下栅長晶體管的瓶頸，任天令研究團隊利用具有超薄單原子層厚度和優异導電性能等特點的石墨烯薄膜作爲栅極，通過石墨烯側向電場來控制垂直的MoS2溝道的開關，從而實現等效的物理栅長爲0.34nm。通過在石墨烯表面沉積金屬鋁幷自然氧化的方式，完成了對石墨烯垂直方向電場的屏蔽。
該研究成果以“Vertical MoS2 transistors with sub-1-nm gate lengths”爲題發表在國際頂級學術期刊《自然》（Nature）上。
