製造結合矽與過渡金屬二硫化物（TMDs）的晶體管需要極其精確的工藝。工程師必須僅去除頂部硫層的原子，同時保持下面的層不受影響。最常見的技術依賴於等離子體，這是一種在太陽和恆星中也存在的電離物質狀態，並且在普林斯頓等離子體物理實驗室已研究數十年。在精心控制的條件下，等離子體粒子與 TMD 表面碰撞並脱離硫原子。然而，這一過程要求達到微妙的平衡——力量不足無法去除硫層，而力量過大則可能損壞下面的鉬層，影響材料的性能。
新型塗層方法顯著改善晶體管製造過程
新型塗層方法或可保護超薄晶體管材料。實現清潔去除頂部硫層而不損害底層材料仍然是一項主要的製造挑戰，因為過程的窗口非常狹窄。研究團隊利用計算機模擬發現，預處理鉬二硫化物（MoS2）與氧或氟氣反應可以顯著改善蝕刻過程中的控制。他們的研究結果發表在《物理化學快報》上，顯示表面塗層大幅降低了脱離硫原子所需的能量。在未處理的表面上，去除一個硫原子約需 30 電子伏特，但在氟處理後，這一閾值降至約 10 電子伏特，而在氧處理時降至約 14 電子伏特，降低了對底層材料造成損害的風險。
降低能量閾值非常重要，因為等離子體離子並不全部以相同的能量水平撞擊表面；在過程中不可避免地會出現一些變化。在未處理的表面上，去除硫原子與損壞底層鉬層之間的邊際極小，這意味著一些離子很容易造成不必要的損害。將硫去除閾值降低至約 10 或 14 電子伏特顯著擴大了這一安全窗口，為製造商提供了更實際的操作範圍，使得可以在保護底層材料結構完整性的同時，清潔地去除頂層。
化學方法可以改善晶片蝕刻的精確度。研究人員不再僅依賴物理力量去剝離原子，而是引入了化學輔助方法。當來自外部的離子撞擊氧塗層的鉬二硫化物表面時，兩個氧原子與附近的硫原子反應，生成穩定的氣體分子二氧化硫，該分子可以自然脱離並擴散。氟也產生類似的效果，通過形成更易去除的硫氟化合物。根據主筆作者尤里·波利亞琴科（Yury Polyachenko）的説法，這種方法通過生成中間化學產品來削弱鍵結，使硫原子更容易從表面分離。
目前，研究正從概念驗證階段轉向對可靠性和可擴展性進行更詳細的評估。當前的首要任務是量化過程中對材料造成的任何降解程度，而不僅僅是判斷是否會發生損害。除此之外，團隊計劃測試這種化學輔助方法是否可以擴展到更廣泛的相關材料，包括用鎢取代鉬，或在類似的層狀結構中用硒替代硫，旨在評估這一技術的普遍性，以及它是否能支持更廣泛的下一代半導體材料。
