平面の世界を探検しよう---二次元材料の紹介

 

平面の世界を探検しよう---二次元材料の紹介

  

李文熙 教授

陳士勲 博士課程学生

成功大学電気工学科

 

（本記事は李文熙教授、陳士勲博士課程学生による執筆、MA-tek編集）

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二次元材料の現在の応用

 

2010年ノーベル物理学賞は、グラフェンの発見者であるイギリス・マンチェスター大学のアンドレ・ゲイムとコンスタンチン・ノヴォセロフに授与されました。彼らは2004年に3Mのテープを使用して、石墨からグラフェンを成功裏に剥離し、二次元材料の研究の熱潮を引き起こしました。二次元材料のさまざまな興味深い特性を応用し、グラフェンは私たちの生活に革命的な製品をもたらしました。海水淡化[1]、電気自動車のスーパー電池[2]、繊維製品[3]など、さまざまな分野でその可能性を発揮しています。

 

グラフェンの表面は水を排除し、この特性を利用して水がその毛細管を迅速に浸透することができる。さらにエポキシ樹脂（Epoxy encapsulant）を使用してグラフェンの毛細管（GO）が水に浸った後の膨張を制限することで、網の効果を達成し、塩分が透過するのを防ぎ、水中の塩分を最大97%除去することができる。(図1)

 

バッテリー電極に応用されると、グラフェンはバッテリーの充放電効率とエネルギー密度を効果的に向上させることができます。従来の電極材料に必要な接着剤などの添加物は導電性を低下させ、充放電速度が理想的でなくなり、電極材料上の官能基と電解液が高い電圧下で反応することもあり、入力できるエネルギー密度を制限します。しかし、グラフェンはこれらの二つの問題に対して助けをもたらします。グラフェンの表面には官能基がなく、基板に直接成長することができ、接着剤を必要とせず、スーパーキャパシタの二つの致命的な欠点を補い、電気自動車のバッテリーの充電時間を大幅に短縮します。(図2)

 

活性炭は繊維製品の抗菌消臭に広く応用されており、二次元スケールの炭——グラフェンは、その強靭性、延展性、高速導電性および熱伝導特性により、繊維製品に新しいスタイルを加えます。高い熱伝導特性を持つため、布地の繊維に混ぜ込むことで、吸収した熱を衣服全体に拡散させて均温を達成することができ、また、コーティングの方法で微小な放熱回路を構築して寒さを和らげることもできます。(図3)

 

二次元材料システムには、炭素元素で構成されたグラフェン以外にも、多くの他の元素で構成された材料が探索されるべきであり、生活用品に魔法のような機能を追加することが期待されている。

 

図1~3. 二次元材料の現在の応用方法[1] [2] [3]

 

 

二次元材料

 

材料の格子配列は、点、線、面、体に従ってゼロから三次元材料に分けられ、生活の中で至る所に見られる三次元ブロックは長さ、幅、高さの三つの次元で構成されています。二次元材料は平面状の層状材料で、長さと幅の二つの次元で構成されています。(図 4 )[4]

私たちがプロセステクノロジーを使用して材料をこのような二次元の薄片サイズに制御すると、一般的な三次元スタッキング方式と比較して、材料の特性の表現が明らかに異なります。

 

図4. 材料の格子次元

 

まず、材料の大部分の原子が外部に露出しているため、大きな化学反応の有効表面積を持ち、触媒分野での優位性があります。次に、結合位置ですが、二次元層状材料には垂直方向の浮遊結合がなく、他の材料との接触面での干渉が少なく、パッシベーションプロセスの処理があまり必要ありません。さらに、厚さによる影響として、材料は垂直方向に一層の分子しかなく、三次元の積み重ねによる大量の分子原子の相互作用力や結合が失われ、微弱なファンデルワールス力が二次元材料で支配的な位置を占めます。異なる二次元材料を互いに積み重ねると、層と層の間もこの力で結びつき、ファンデルワールス異質構造（Van Der Waals heterostructures）と呼ばれます。（図5）低い層数の厚さがもたらす第二の影響はバンドギャップ（band gap）の変化です。例えば、二硫化モリブデンは、多層のときは1.2eVの間接バンドであり、単層のときは1.8eVの直接バンドに変わり、異なる光、電気、半導体特性を示します。

 

二次元材料ファミリーは、金属、半金属、さまざまなバンドを持つ半導体、絶縁体など、幅広い特性を示します。三次元材料と同様に、さまざまな特性を持つ二次元材料は、さまざまなデバイスを組み合わせて作成できます。(図5)[10]

 

図5. (a)ファンデルワールス異質層の積層[5] (b)一般的な二次元材料[10]

 

 

二次元材料は電子部品のトランジスタに応用される

 

現在の技術開発の需要は、大量のデータを高速で処理することがトレンドとなっており、過去40年間にわたり、微細加工技術を通じてより小さなパターンを定義し、より小さなトランジスタサイズで動作速度の向上と消費電力の低下を達成してきました。チャネル長が10ナノメートル未満に縮小されると、派生する問題が発生し、トランジスタの性能が急激に低下します。漏れ電流の深刻化、閾値電圧の低下、サブ閾値スイングの上昇、キャリアの表面散乱、速度の飽和、熱キャリア効果などがあり、これらは総称して短チャネル効果（short channel effect）と呼ばれます。

 

半導体の発展の青写真IRDSは、計算素子のサイズを引き続き縮小する計画です。フィン型トランジスタや周囲ゲート構造が提案され、ゲート制御力を向上させ、漏れ電流を制限しています。現在、シリコンベースのブロック材料は物理的限界まで縮小され、キャリア移動度は大幅に低下し、漏れ電流は依然としてかなり高く、ソースとドレインのオーム接触も複雑なプロセスのため接触抵抗が理想的ではありません。新しいシステムと材料を探求する必要があります。

 

新興二次元材料半導体の中で最も広く研究されているのは遷移金属カルコゲナイド(transition metal dichalcogenides, TMDs)であり、モリブデンとタングステンの二大元素を主体とし、カルコゲンである硫黄、セレン、テルル元素と組み合わせて構成されます。2ナノメートル以下の先端プロセススケールにおいて、TMDs はシリコンベースの三次元バルク材料よりも高いキャリア移動度と極めて低い漏れ電流を提供でき、低消費電力の目標に適しています。

 

図6. 二次元材料の電子デバイスへの応用の可能性[14]

 

さまざまな二次元半導体構造トランジスタが製造され、議論されています（図6、7）。構造がどのように変化しても、基本的な構造は変わりません。電流はチャネルを流れ、電流はチャネルからソースとドレインの金属導線に流れ、ゲートが電流の通過を制御します。以下のトピックについて順に議論する必要があります。(1) チャネルの調整 (2) オーム接触 (3) 誘電体材料の統合。

 

トランジスタのチャネルの核心指標は電流効率であり、チャネル材料の適切な有効質量(effective mass)とバンドギャップに依存します。チャネル材料を選定した後、ドーピングエンジニアリングを通じてその電気的、光学的、磁気的性能を精密に制御するために調整を行います。プロセス技術は材料の後処理の段落で議論されます。

 

材料の有効質量は通過可能な最大電流と反比例し、有効質量が低い材料は高い電流制限を提供できます。しかし、有効質量が低すぎると、ソースとドレインの間で誘導トンネル電流が発生し、電流信号がないはずの状態で電流が発生すると、この演算素子が誤った結果を算出する原因となります。二次元材料半導体TMDsファミリーのMoS2は約0.5 m0の大きな有効電子質量を持ち、超簡易トンネル素子においてソースとドレインの間の電流の直接トンネルを効果的に抑制し、漏れ電流の問題を効果的に抑制します。

 

バンドギャップはオープン状態の電流とクローズ状態のリーク電流の比率に直接影響を与え、TMDは単層では直接バンドギャップを持ち、層数が増えるにつれてTMDのバンドギャップは徐々に減少し、直接バンドギャップから間接バンドギャップに変わり、1.1から2.1 eVの範囲になります。TMD以外にも、黒リン（black phosphorene、BP）も注目されている潜在的なチャネル材料で、0.3eVから2.0eVの範囲で調整可能で、すべて直接バンドギャップです。従来のシリコン半導体とのもう一つの違いは、二次元材料はドーピングを行わなくても自然にn型、p型、または双極性の特性を持つことです。例えば、最も広く研究されているMoS2はn型、黒リンとMoTe2はp型、WSe2は双極性操作が可能です。

 

図7. 二次元材料デバイスの潜在的構造。左側の図は補完型トランジスタ（Complementary FET、CFET）[15]、右側の図はトンネル型場効果トランジスタ（Tunnel Field Effect Transistor、TFET）[16]

 

図8. 二次元材料のオーム接触工学。左の図は半金属を接触点として使用している[17]。中央の図と右の図はフェルミエネルギーのピン止め状況を示している[18]。

 

半導体オーム接触工学 (ohmic contact) は、隣接する異なる材料の界面における電子輸送の問題を主に解決します。電子が金属と半導体の交差界面を通過する際に、大きなインピーダンスが発生し、電流が流れにくくなります。このような材料接触面はショットキー接触 (Schottky contact) と呼ばれます。この現象は、金属と半導体材料の仕事関数とフェルミ準位の不一致から生じ、自自由電子とホールがこの領域で持続的に移動し、フェルミ準位が平衡に達するまで続きます。このプロセスは外部からの電流の流入を妨げ、フェルミ準位ピンニング (fermi level pinning) 現象と呼ばれます。この問題を解決するために提案された2つの戦略があります。1つは半導体を重ドーピングすること、もう1つは界面に薄い誘電層を導入して金属-半導体相互作用をデカップリングすることです。最初の戦略は二次元材料にとって製造技術上非常に挑戦的であり、2つ目の構造は低インピーダンスのトンネル障壁が支配しており、まだ小線幅デバイスの要求には達していません。

 

第三の戦略は最近提案され、半金属 - 半導体接触を使用して金属誘導エネルギー帯状態（metal-induced gap state, MIGS）を抑制し、ギャップ状態の釘ざしを回避することです。[17]（図8左）半金属のフェルミエネルギーを半導体の導電帯の最小値に整列させることで、導電帯に寄与するMIGSは大幅に低下します。これにより、MIGSは完全に価電子帯に寄与することになり、充填および飽和が可能となり、ギャップエネルギー帯の飽和（gap-state saturation）を達成し、オーム接触を実現します。MoS2デバイスは、対応する半金属Biと組み合わせることで、123オーム・マイクロメートルの接触抵抗と1,135マイクロアンペア/マイクロメートルの開状態電流密度を達成し、非常に優れた性能を示しました。

 

ゲートとチャネルの間に置かれた誘電材料は、トランジスタの電気性能に重要な影響を与えます。誘電層の品質向上は、閾値電圧（threshold voltage、Vth）を低下させ、デバイスの消費電力を削減するのに役立ちます。また、ヒステリシスを低下させ、デバイスの安定性を向上させます。シリコンプロセスにおいて、高k誘電材料である酸化ハフニウムのプロセス技術は成熟しています。二次元材料のトランジスタに適用されると、新たなプロセスの課題が現れます。二次元材料の表面は清浄で、ぶら下がり結合がなく、鈍化したぶら下がり結合の問題が解消されますが、新たな課題は誘電材料の堆積時に核形成点が付着できず、形成される膜が不均一になることです。チャネルを流れる電荷は、誘電層の欠陥によって捕捉され、デバイスのヒステリシスや漏れ電流の問題を引き起こす可能性があります。

 

滑らかな不活性表面に付着するために、同様にファンデルワールス表面を持つ二次元材料の絶縁層を選択することは可能な選択肢であり、六方窒化ホウ素h-BNの使用はゲート介電層としてだけでなく、二次元半導体と外部環境を隔離する封止材料としても機能し、移動度や安定性などの内在的特性を大幅に向上させます。[19] 現在、h-BNの成長は依然として課題であり、研究では転写法を用いて単一デバイスを製造し原理を検証していますが、大規模製造はまだ実現していません。さらに、h-BNの誘電率は約5で、二酸化ケイ素に似ており、高k誘電体ではありません。より小さな有効酸化物層厚さ（effective oxide thickness、EOT）が必要なゲート制御能力の際には漏れ電流が発生します。もう一つ提案されている解決策は、チャネル上に種層を堆積して誘電層と接続することであり、Y2O3[16]や有機PTCDA[20]の効果が議論されています。

 

二次元材料の材料性能は既存の構造に適応し、将来のニーズにも応えることができます。大規模な統合応用を達成するためには、大面積の性能均一性を向上させるために、より多くのプロセス技術の研究が必要です。

 

 

二次元材料は光電デバイスに応用される

 

光電デバイスは、光を吸収してスイッチ信号として機能する光検出器（photodetector）、光を吸収して電力に変換する太陽電池（solar cellまたはphotovoltaic device）、および光を放射する発光デバイス（light emitting device、最も一般的なのは発光ダイオードLED）に分けられます（図10）[27]。デバイスの性能の主な指標には、高い応答度（responsivity）、短い応答時間（response time）、高い感度（sensitivity）、大きな増幅（photo gain）、線形の応答度変化（linearity）があります。

 

光を吸収するデバイスは、(1)光吸収、(2)キャリア生成、(3)キャリア輸送の三つのステップに分けて議論できます。材料の光吸収の目標は、材料のバンドギャップに依存して、大きな受信帯域幅をカバーすることです。二次元材料半導体は、大きな帯域幅をカバーする光信号を受信することができ、赤外光から可視光まで対応する材料が選択できます。しかし、二次元原子層材料は光吸収において三次元ブロック材に比べて相対的に少なく、異なる周波数帯域の受信効率を向上させるために二次元材料のヘテロ層を積み重ねることで改善できます。また、デバイスの設計ではゲインを向上させることに注意が必要です。

 

光生キャリアの段階では、材料が光を吸収した後にキャリア-電子ホール対が生成されます。増幅を高めるためには、電子ホール対の再結合を減少させることに注意する必要があり、そうすることで取り出されるキャリアの数を増やすことができます。一般的な方法は、別の材料を追加してキャリアを異なる方向に移動させることです。例えば、文献[7]では、インジウム原子を二次元半導体二硫化タングステンWS2の上に吸着させ、光生電子を二硫化タングステンチャネルに転送し、ホールをインジウム原子に閉じ込める方法が使用されています。

 

キャリア輸送の主な課題は、半導体チャネルと金属ワイヤ間の接合部にあり、接触抵抗が消耗を引き起こし、低い応答性をもたらします。従来のドーピングプロセスで発生する二次元材料の損傷を修復する方法がまだ存在しないため、バンドマッチングが可能な金属を選択し、量子トンネル機構を利用することが、現在接触抵抗を低下させる主な手法です。半金属特性を持つグラフェンは、二次元材料の半導体と金属ワイヤを接続するためによく使用され、二次元材料と低い接触抵抗を形成することができます。また、その超高キャリア移動度特性により、分離された電子とホールの再結合をさらに減少させます。

 

図9. 各周波数帯域で応用可能な二次元材料[6]

 

図10. 一般的な光電デバイスの構造[27]

 

現在の人気の発光デバイスは、光励起発光（photoluminescence、PL）と電気励起発光（electroluminescence、EL）の原理を多く応用しています。直流電源を使用する構造には、発光ダイオード（LED）や単一光子発光（single photon emission）の量子ドット（Quantum dot LED、QLED）があります。二次元材料の特性を発光デバイスに応用することには多くの利点があります。QLEDの製造プロセスは煩雑であり、疎水性絶縁長配体（ligand）への依存もそれらの安定性と導電性を妨げています。二次元材料の自己終止面（self-terminated surface）特性により、デバイスが動作する際にキャリアは配体の干渉を受けません。有機発光ダイオード（OLED）のキャリア輸送能力と励起子複合能力は低く、明るさの向上を妨げていますが、二次元材料半導体TMDsの優れた励起子発光能力は室温で高い明るさを達成できます。

 

薄層材料における量子閉じ込め効果は、薄層三次元材料の状態密度とキャリア濃度を低下させる。二次元材料半導体TMDsは、その有効質量が高いため、高いキャリア濃度をもたらし、このような条件下ではより高次のエキシトン準粒子、例えばエキシトン（Exciton）や帯電エキシトン（Trion）などを観察することができる。二次元材料半導体TMDsは強いクーロン相互作用を持ち、エキシトンを密接に結合させ、高いエキシトン結合エネルギーをもたらし、さらには室温で観察することも可能である。典型的な三五族半導体GaAsの結合エネルギーは4.76 meVであり、低温でしかエキシトンを観察できないが、二次元TMDsの二硫化モリブデンMoS2は240meVである。

 

従来の半導体における欠陥はキャリアを捕捉し、電子とホールの再結合による発光を妨げ、光励起発光量子収率（Photoluminescence Quantum Yield、PLQY）を大幅に低下させ、デバイスの光電性能を決定する重要な指標となる。二次元材料半導体TMDsは加工後、通常は大きな原生欠陥密度を持ち、欠陥の修復は大きな技術的課題である。しかし、研究により中性励起子の複合は放射性であり、高い欠陥密度が存在しても高いPLQYを示すことができることが発見され、二次元TMDsは光電応用において大きな潜在能力を持つ。

 

上記の直流入力LED構造に加えて、交流電源を使用した構造も提案されている（図11）[9]。適切な材料の交流電切り替え周波数を通じて、正負の電荷が材料内で出会い結合し発光する。LED構造は材料のPN界面で発光し、狭い材料界面と複雑な構造により大面積の応用が制限される。図11の構造は簡易であり、材料界面のショットキー障壁の影響が少ないため、大面積の透明ディスプレイに対する一つの解決策を提供する。

 

異なる材料のデバイスと制御回路の間のヘテロ統合の問題において、二次元材料にも利点があります。制御デバイスの回路はシリコン基板CMOS回路が主です。HgCdTeおよびIII-V族元素で構成されたデバイスは、制御回路との統合時に、プロセス上で格子不適合（lattice mismatch）による接合の不具合が生じます。一方、二次元材料は転写プロセス（transfer）を通じて他の材料に移行でき、ファンデルワールス力によって他の材料に付着し、格子適合に依存しません。この特性を利用して、二次元材料基板の制御回路をIII-V族ディスプレイ[12]や透明で柔軟なウェアラブルディスプレイ[11]に使用することもできます。さらに、二次元材料の光吸収が限られている問題に対して、研究者たちは幸運にも相互作用長を延長することで、二次元材料層と光導波導に沿って伝播する光モード場との相互作用を大幅に強化できることを発見しました。[13] 光と物質の相互作用が強化されるにつれて、導波導を通じてシリコンと二次元材料の光電デバイスを統合することの応用潜在能力が、さまざまな機能的フォトニック集積回路において広く注目を集めています。（図11右）[26]

 

図11. 左は交流電LED、右は波導統合シリコンと二次元材料の光電素子

 

 

二次元材料の製造

 

数層分子厚の材料を製作する一般的な方法は、以下のように分類されます。剥離法（exfoliation）、化学気相成長（chemical vapor deposition、CVD）、ポストアニール法（post-annealing）。

 

剥離法は、適切な大きさの力を加えて二次元層状材料の層と層の間にある微弱なファンデルワールス力を克服し、多層堆積の大きな原料塊を数枚の薄いシートに分ける方法です。一方で、層内の共有結合、イオン結合、または金属結合は十分に強力であり、二次元層を無傷に保つことができます。例えば、超音波処理（ultrasonication）や高せん断混合技術（high-sheer mixing）は、液相中で二次元材料を生産する直接的な方法であり、せん断力を導入することによって行われます。電気化学剥離法は、電場を導入して層と層の間の距離を増加させることによって効果を達成します。

 

化学気相堆積法の原理は、高温で固体の原料を気化し、原料蒸気が出会って気相化学反応を起こし、目標基板上に堆積することを利用しています。二次元材料半導体二硫化モリブデンを例にとると、三酸化モリブデンと硫黄の固体粉末が600〜800°Cに加熱され、気相反応後に基板上に二硫化モリブデンの薄層が形成されます。その中での課題は、垂直方向の堆積を抑制しつつ、水平方向の成長を強化することです。温度、圧力、保持時間、基板、前駆体などのパラメータは反応に対して顕著な影響を与えます。

 

後退火法は二段階の成長方法であり、まず前駆体を堆積し、その後、後退火反応を通じて目標材料に変化させ、同時に材料の結晶性を向上させて材料の電気特性を最適化します。スパッタリングは大規模製造に適した方法であり、物理蒸気堆積（PVD）に属し、迅速、安価、そして拡張性の利点を持ち、通常はより高い加工温度を必要とするタングステンベースの二次元材料を製造できます。しかし、二次元材料に必要な低原子層数の状況下では、正確な薄膜の厚さ、粗さ、結晶度を制御することが難しいです。したがって、CVDと組み合わせて後退火処理を行い、結晶性を向上させ、欠陥を修復します。

 

 

二次元材料の後処理プロセス

 

制御性能を向上させるために、適切な材料の後処理方法を選択することが重要です。一般的なプロセス手法には、アニーリングとドーピングがあります。

 

従来のアニール方法は真空または不活性ガス環境で加熱され、二次元材料はこの環境でアニールすると多くの欠陥が発生します。例えば、モリブデンテリウムは結晶性を向上させる温度が650度以上であり、膜中のテルル元素は250度で脱離し始めます。したがって、この材料のアニールはテルル元素の雰囲気で行う必要があります。また、この特性を利用して、アニールプロセス中にドープしたい元素を材料に充填することもできます（図12-1）[21]。さらに、雰囲気の影響を受けないアニール方法として、固体相結晶化法（solid phase crystallization、SPC）が提案されています。SiO2被覆層でスパッタリングされたMoTe2を封入し、高温に加熱することで、固体相結晶化プロセスは無テルル雰囲気で容易に行うことができます（図12-2）[22]。

 

図12. 二次元材料の後処理手法(1)低温アニーリング(2)固相結晶法アニーリング(3)レーザー処理

 

無添加剤の方法では、前述のアニールの他にレーザー処理もあります。レーザー処理は特定の位置に対して行うことができ、例えば図12-3のモリブデンディスルフィドでは、レーザー処理後に2H半導体相から1T半金属相に変化し、オーム接触の問題に応用できます。(図 12-3 )[23]

 

新たな添加剤を使用する手法において、現在TMDsのドーピング工学に用いられる主要な戦略は、(1.) 置換ドーピング、(2.) 電荷移動ドーピング、(3.) 静電場効果ドーピングです。従来の三次元結晶構造の半導体は、通常、置換または間隙サイトに不純物原子がドーピングされます。それに対して、二次元膜間の弱いファンデルワールス相互作用は、より大きな層間距離を引き起こし、ドーピング剤原子の埋め込みを促進します。また、このような超薄厚さの下では、表面電荷移動や外部静電場効果によっても容易にドーピングが行えます。

 

置換ドーピングは、材料成長段階でドーパントを混入することによって実現することができるか、アニール、プラズマ、またはレーザーの方法で膜層に空孔を生成した後、雰囲気中からドーパントを充填することによって実現することができる。硫黄空孔が存在する場合、七族（F、Cl、Br）および五族元素（N、P、As）ドーピング反応は熱力学的により起こりやすい。金属位置では、ドーパントの形成は金属空孔の濃度に大きく依存する。例えば、MoS2のReドーピングがある。したがって、欠陥を生成する成長または後処理のいずれにおいても、原位法（in situ methods）を使用することは相対的に容易に置換ドーピングプロセスを実現することができる。

 

表1. 置換ドーピングのドーパントとその効果[25]

 

表2. 電荷移動ドーピングのドーパントとその効果

 

電荷移動ドーピングの方法は、半導体の電子挙動を調整することに広く注目されています。外部ドーパント原子を格子に置き換えるドーピングと比較して、電荷移動ドーピングは、基材と隣接する媒質（表面吸着原子、イオン、分子、粒子、基板を含む）との間の電荷移動相互作用を利用します。この方法は、格子構造の歪みを回避し、低次元材料において高い移動度の輸送を実現することができます。

 

その超薄の性質により、二次元材料の薄膜は外部場効果の影響を特に受けやすい。静電ドーピング戦略は、この特性を利用してTMDs中のキャリアドーピング濃度と極性を調整する。静電ドーピングに必要な外部電場は、追加のゲートまたはフローティングゲートを使用して提供される。[24]金属-絶縁体-半導体 (MIS) 構造において、デバイスが大きな電位バイアスで駆動されると、チャネル内の自由電荷は絶縁層を通過して金属フローティングゲートに到達し、別の誘電層に捕獲される。フローティングゲートは高抵抗材料に完全に囲まれているため、その中に含まれる電荷量は長時間変わらず保持され、この捕獲された電荷はキャパシタ結合を通じて半導体チャネルの導電率に電場の影響を持続的に提供し、これらの電荷が逆の大電位によってフローティングゲートから排出されるまで続く。

 

 

結論

 

二次元材料システムには多くの優れた特性が報告されており、センサー、ストレージ、処理を一体化した2D半導体ハードウェアシステムは、将来的に電子アプリケーションの構造を覆すでしょう。現段階では、集積回路の量産や商業化アプリケーションを発展させるためには、まだ多くの研究作業が残されています。二次元半導体材料のトランジスタとしての基本特性はまだ理解されておらず、バンドギャップや寄生容量モデルについてはさらなる検討が必要です。プロセス面での課題として、オーム接触、大面積の品質均一性、ドーピング手法による材料特性の制御があり、さらなる突破が期待されています。

  

 

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