來自東京都立大學的科學家們成功地設計了過渡金屬二硫化物的多層納米結構，它們在平面內相遇形成結點。他們從摻雜鈮的二硫化鉬碎片的邊緣長出了二硫化鉬的多層結構，形成了一個厚實的、粘合的、平面的異質結構。他們證明了這些可用於製造新的隧道場效應晶體管（TFET），即具有超低功率消耗的集成電路中的元件。

化學氣相沉積法可用於從不同的TMDC中生長出一個多層TMDC結構。資料來源：東京都立大學

場效應晶體管（FET）是幾乎所有數字電路的一個重要組成部分。它們根據跨接的電壓來控制電流的通過。雖然金屬氧化物半導體場效應晶體管（或稱MOSFET）構成了當今使用的大多數場效應晶體管，但人們正在尋找下一代材料，以驅動要求越來越高、體積越來越小的設備，並使用更少的功率。這就是隧道式場效應晶體管（或TFET）的作用。TFET依賴於量子隧道，這是一種電子能夠通過通常因量子力學效應而無法逾越的障礙的效應。儘管TFETs使用的能量要少得多，並且長期以來一直被認為是傳統FETs的一個有前途的替代品，但科學家們還沒有想出以可擴展的形式實現該技術的方法。

由宮田康光副教授領導的東京都立大學的一個科學家團隊一直致力於用過渡金屬二鈣化物製作納米結構，過渡金屬和第16組元素的混合物。過渡金屬二鈣化物（TMDCs，兩個鈣化物原子對一個金屬原子）是製造TFET的優秀候選材料。他們最近的成功使他們能夠將單原子厚的晶體TMDC片層縫合到前所未有的長度上。

現在，他們已經將注意力轉向了TMDC的多層結構。通過使用化學氣相沉積（CVD）技術，他們表明他們可以從安裝在襯底上的堆疊晶體平面的邊緣生長出不同的TMDC。其結果是一個多層厚度的面內結。現有的關於TMDC結的大部分工作都是使用相互堆疊的單層；這是因為，儘管面內結的理論性能極佳，但以前的嘗試無法實現使TFET工作所需的高空穴和電子濃度。

(a) 二硒化鎢和二硫化鉬的多層結的掃描透射電子顯微鏡圖片。(b) 用於表徵摻雜鈮和未摻雜二硫化鉬的多層pn結的電路示意圖。(c) 結上的導帶最小值（Ec）和價帶最大值（Ev）的能級示意圖。費米水平（EF）表示在零溫度下電子填充能級的水平。當施加柵極電壓時，電導帶中的電子可以穿越界面隧道。(d) 電流-電壓曲線作為柵極電壓的函數。在較高的柵極電壓下，可以清楚地看到NDR趨勢。資料來源：東京都立大學

在使用從二硒化鎢生長出來的二硫化鉬證明了他們技術的穩健性之後，他們把注意力轉向了鈮摻雜的二硫化鉬，一種p型半導體。通過生長出未摻雜的二硫化鉬（一種n型半導體）的多層結構，研究小組實現了TMDC之間的厚pn結，其載流子濃度達到了前所未有的高度。此外，他們發現該結呈現出負微分電阻（NDR）的趨勢，即電壓的增加導致電流的增加越來越少，這是隧道的一個關鍵特徵，也是這些納米材料進入TFET的重要第一步。

該團隊採用的方法也可以在大面積上擴展，使其適合在電路製造過程中實施。這對現代電子學來說是一個令人興奮的新發展，希望它能在未來的應用中找到自己的方式。