可用光进行“编程”的超薄半导体材料

普林斯顿大学工程学院的研究人员研制出一种性质独特的半导体：它只有几个分子厚，并且能在光照下反复改变自身性质。这向制造更节能的传感器、光电器件和计算技术迈出了一步。相关研究成果发表在最新一期《科学进展》杂志上。

过去50年半导体领域的进步，使工程师能够制造出越来越小的半导体器件和更高效的计算机。但这种方法正接近物理极限——半导体器件已经小到难以继续增加器件数量。研究人员现在不再一味缩小现有材料，而是着手创造新材料。

论文第一作者博士后研究员 Jaehoon Ji 说：“未来推进电子技术发展的目标之一，不只是把材料做得更小，而是让它们更具适应性和更智能。”

当前用于电视、笔记本电脑、微波炉等各种设备的半导体，响应的是电信号。一旦制造完成，其导电方式基本保持不变。相比之下，这种新材料具有响应性和可变性。

电子与计算机工程助理教授、论文通讯作者 Saien Xie 说：“制造智能材料的第一步是响应能力。生命系统极其聪明，因为它们不断感知并响应周围环境。我们希望创造一种能同样响应外部刺激、而不是永远固定不变的材料。”

为了实现这一目标，团队将超薄半导体与光响应分子结合起来，这些分子在不同波长光照下会改变结构。这种变化会改变半导体的电子性质，使其导电性和光学响应可以用光进行编程、擦除和重新编程。

这意味着这种材料不像简单的开关那样工作。Ji 说：“我们不是直接从0切换到1，而是可以逐步调节材料的响应，然后再逆转这个过程。”。

Xie、Ji 及合作者已制成一块1英寸见方、质地均匀的超薄半导体。利用它，他们构建了可编程电子开关阵列，向更大的集成系统迈进一步。接下来，他们正在努力将这些开关连接成电路，而电路是任何复杂电子器件的基本构件。

Xie 说：“我们的长期愿景是制造功能在制造时不再固定不变的电子器件。我们希望器件在制成后，其性能仍可动态重新配置。这项工作展示了朝着这一目标迈出的重要一步。”

相关链接：https://dx.doi.org/10.1126/sciadv.aee1510