可擦除半导体，以光实现编程

普林斯顿大学工程学院的研究人员研发出一种具备独特性能的半导体：它仅有少数分子层厚度，并且可以反复受光调控改变自身特性。该成果向着研发更高能效的传感器、光电器件与计算技术迈出了重要一步。

过去50年间，半导体技术不断进步，工程师得以制造出尺寸越来越小的半导体器件、性能更优异的计算机。但这条技术路线正在触碰物理极限 —— 器件已经做到极小，很难再继续集成更多元器件。于是科研人员转变思路，不再一味缩小现有器件，转而开发全新材料。

“推动电子器件向前发展的未来目标之一，不只是把材料做得更小，而是要让材料具备适应性、变得更加智能。”Jaehoon Ji表示。

目前，电视、笔记本电脑、微波炉等各类设备所使用的传统半导体依靠电信号工作。器件一旦制备完成，导电特性基本就固定不变。相比之下，这种新型半导体可以响应外界刺激、实现性能改变。“打造智能材料的首要条件就是响应能力。” 论文通讯作者、电气与计算机工程系助理教授Saien Xie说道，“生命系统之所以高度智能，是因为它们可以持续感知周围环境并做出反馈。我们希望做出一种类似的材料，而不是让材料的性能在制备后就永久固化。”

该方案充分利用二维半导体的三大核心优势，以及显色分子独特的开关响应特性： 第一，单层过渡金属硫族化合物拥有优异的光电性能，包括高效光致发光（PL）、高载流子迁移率、谷选择效应； 第二，过渡金属硫族化合物为原子级厚度，远小于德拜屏蔽长度，因此整层材料都可以实现静电调控，对表面偶极子、电荷转移高度敏感； 第三，材料表面不存在悬挂键，能够与有机分子、配位框架、二维聚合物等各类分子体系实现洁净、低缺陷的集成。

研究团队制备出一块一英寸见方的均匀半导体样品。下一步，他们将着手研制电路，所有复杂电子设备都离不开的基础单元。

为实现这一目标，该团队把超薄半导体与光响应分子相结合；不同波长的光线照射时，这类分子会发生结构变化。分子结构改变会改写半导体的电学特性，由此就可以利用光对材料的导电性能、光学响应进行编程、擦除、重复改写。这意味着该材料并非简单的通断式开关。Ji介绍：“它不是直接在0和1两个状态之间跳转，我们可以对材料响应实现连续调节，还能够逆向恢复原有状态。”

Xie、Ji及其合作者制备出一英寸见方、质地均匀的超薄半导体样品，并基于该样品搭建了可编程电子开关阵列，向着大规模集成系统迈进。接下来，研究人员计划把这些开关相互连接，制作成电路，而电路是一切复杂电子设备的基础构件。

Xie说：“我们的长远设想是研制功能不再受制备阶段限定的电子器件。也就是说，希望器件在加工完成之后，仍然可以动态重构自身性能。本项工作向着该目标迈出了关键一步。”