基于二硫化钼的内存处理器

二硫化钼的选择在内存处理器的开发中发挥了至关重要的作用。

据最新一期《自然-电子学》报道，瑞士洛桑联邦理工学院研究人员提出了一种基于二硫化钼的内存处理器，专用于数据处理中的基本运算之一：向量矩阵乘法。这种操作在数字信号处理和人工智能模型的实现中无处不在，其效率的提高可为整个信息通信行业节约大量的能源。新处理器将1024个元件组合到一个一平方厘米的芯片上。每个元件都包含一个2D二硫化钼晶体管以及一个浮动栅极，用于在其存储器中存储电荷，以控制每个晶体管的导电性。以这种方式耦合处理和内存，从根本上改变了处理器执行计算的方式。研究人员指出，通过设置每个晶体管的电导率，他们可向处理器施加电压并测量输出，一步执行模拟矢量矩阵乘法。

二硫化钼的选择在内存处理器的开发中发挥了至关重要的作用。与当今计算机处理器中使用最广泛的半导体硅不同，二硫化钼形成稳定的单层，只有3个原子厚，仅与周围环境发生微弱的相互作用。它的薄度提供了生产极其紧凑器件的潜力。2010年，研究团队使用透明胶带从晶体上剥离的单层材料创建了第一个单二硫化钼晶体管。

从单个晶体管发展到超过1000个晶体管的关键进步，在于可沉积材料的质量。经过大量工艺优化后，团队现在可生产均匀覆盖二硫化钼均质层的整个晶圆。这让他们能采用行业标准工具在计算机上设计集成电路，并将这些设计转化为物理电路，从而为大规模生产打开了大门。

二硫化钼性能及应用研究进展

二硫化钼是一种奇特的材料，具有0D（粉末状）、1D（管状）、2D（层状）和3D（块状）不同的结构，因此表现出特有的性质。在锂离子电池、钠离子电池和超级电容器中进行交叉对比，由二维层状二硫化钼（2D）制备的正极复合材料电池无论是在能量密度方面还是在循环寿命方面都比另外几种正极材料电池更加优秀。在不同的硫化钼化合物中，二硫化钼是最重要的，目前世界各国都在对其进行基础研究、计算研究和实验研究。因为同时具有大尺寸体积特性以及花瓣纳米片状特性所产生的量子限制效应，二硫化钼的多层纳米结构在生物和电子学等多个领域的应用非常重要。

目前，有多种方法可制备二硫化钼纳米花，如水/溶剂热法、溶胶–凝胶法、化学法、化学气相沉积法等。二硫化钼具有层状结构，不仅表现出优异的理化性能，还同时兼具类石墨烯的很多优点。很多研究学者制备出二维、三维结构的二硫化钼，发现其具有较大的比表面积、良好的电子流动性、高电子态密度等特点，表现出优异的光电性能。单层二硫化钼与石墨烯的配合物以其稳定的骨架、较高的比表面积和电导率被广泛应用于超级电容器中。

因为层状二硫化钼可以提供更多的锂离子自由穿梭通道，另一方面也因为二硫化钼具有更大的比表面积和结构稳定性。与石墨烯等层状材料类似，层状二硫化钼也是一种层状二维结构，但与石墨烯等单一组成的片层不同，二硫化钼采用了一种A–B–A型三明治层状结构，这大大降低了其表面聚集和折叠弯曲的可能性；当用作锂电池正极材料时，坚固的结构可以有效地减少充放电时的材料崩塌和聚集，在理论上大大缓解了锂离子电池、钠离子电池或超级电容器的充放电容量衰退。

二硫化钼薄膜具有特殊层状结构和能带结构，表现出特有的光电性能，又因其属于半导体材料，在电子器件方面具有较广泛的应用。二硫化钼可应用于电化学、锂离子电池（储锂）、超级电容器等领域，是材料领域的研究热点之一。二硫化钼薄膜因其“二维”半导体的特性，有望突破晶体管微缩化的瓶颈，构筑出速度更快、功耗更低、柔性透明的新型芯片。

近年来，国际上在单层二硫化钼的制备等方面不断突破，在晶圆质量和器件性能上不断探索极限，中国在这个方向处于前列。未来，可能借此研发出耗电极低、可穿戴且随意弯折的芯片和显示屏。

编辑：黄飞