二维p型晶体管，实现性能突破

晶体管是能够放大或切换电信号的微型器件，也是现代所有计算机芯片与数码设备的核心元件。晶体管主要分为两类，即n型晶体管与p型晶体管。n型晶体管依靠电子（带负电的粒子）传导电流，而p型晶体管则借助空穴（晶体晶格内缺失电子、带正电的空位）实现导电。

全球电子工程师一直在探索各类技术方案，力求在不降低性能的前提下缩小现有晶体管的尺寸，以此推动电子设备进一步微型化。其中一个极具前景的方向，是采用二维半导体材料制备晶体管。这类半导体材料仅有单原子层或数个原子层的厚度。

近日，华中科技大学与比萨大学的研究团队，基于二维半导体材料二硒化钨（WSe₂）研发出新型p型晶体管。二硒化钨由钨原子和硒原子构成，具备超薄晶体结构。相关研究成果发表于《自然・电子学》期刊，该款晶体管也是目前已公开报道中，综合性能表现顶尖的二维半导体基p型晶体管之一。

借助氧工程策略修复原子级缺陷

研究团队致力于利用二维半导体材料，研制高性能p型MOSFET。MOSFET可通过外加电压，控制设备中的电信号通断。

该论文共同通讯作者Gianluca Fiori在接受采访时表示：“在二维材料领域，高性能p型晶体管的发展始终落后于n型晶体管。这也是未来二维CMOS技术发展中的一大短板。举例来说，二硫化钼（MoS₂）等材料制备的n型晶体管技术已更为成熟，相关研究也更为广泛。我们此次研究旨在弥补这一不足，基于单层二硒化钨研发高性能p型晶体管，同时提升材料本身质量与电接触性能。”

Gianluca Fiori及其团队提出了一种可提升二维材料晶体管性能的工艺。该工艺通过向二硒化钨半导体材料中引入氧元素，减少会制约晶体管性能的各类缺陷。实验发现，经该工艺处理后的单层二硒化钨材料缺陷数量显著减少。依托改性材料制备的p型晶体管，空穴迁移率达到137平方厘米/(伏・秒)，证明其正电荷载流子的传输效率优异。

团队测试结果显示，沟道长度为45纳米的晶体管，导通电流可达1245微安/微米。同时，该器件能够稳定实现导通与截止状态的切换，开关比约达10的9次方。

Gianluca Fiori说道：“我们成功研制出高迁移率、低接触电阻的高性能二维p型晶体管。这项成果得益于氧处理工艺，该工艺能够修复二硒化钨内部的缺陷。若存在这类缺陷，电荷传输能力会下降，器件性能也会受到限制。这种缺陷修复技术大幅提升了载流子迁移率、降低了接触电阻，还让器件获得了极高的导通电流。”

助力高性能超薄p型晶体管落地

该团队研发的氧处理工艺，后续还有进一步优化的空间，也可用于修复其他二维材料的缺陷。未来，这项技术有望推动基于二硒化钨及其他超薄半导体材料的高性能p型晶体管实现规模化制备与应用。

Gianluca Fiori表示：“从实际应用层面来看，这项研究为均衡发展二维CMOS技术迈出了重要一步。该技术可让n型与p型晶体管均保持高效运转，助力研发出超越传统硅基、兼具低功耗与高集成度的新一代电子电路。”

研究团队希望本次成果能够推动更多针对二维半导体基p型晶体管的性能优化研究。与此同时，团队还计划探索新方案，推动二维材料电子器件的集成应用。

Gianluca Fiori补充道：“我们会继续探索新方法，持续优化二维材料晶体管的性能。后续研究将围绕缺陷管控、电接触优化、界面改良以及器件微缩等方向展开。放眼长远，我们希望探明这类材料如何落地到实际电子技术中，并针对未来低功耗、高性能CMOS应用场景，对材料特性做进一步优化。”