美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的研究人员正在开发下一代，这种将更小、更薄、更高效。由ShoaibKhalid领导的研究小组正在研究使用过渡金属二硫化物(TMD)替代处理器中的硅。
在接受Tom'sHardware采访时，Shoaib表示：“越来越小，以至于其功能和尺寸几乎已达到极限。”摩尔定律指出，半导体中晶体管的数量每两年就会翻一番。然而，随着工艺节点变得越来越小，摩尔定律预计将放缓至三年，而不是通常的两年。此后，随着我们开始达到两纳米或更小的尺度，我们将很快达到半导体的物理极限。
Shoaib和他的团队正在研究使用TMD作为2D材料来取代当前的3D设计。TMD可以薄至三个原子，并且像金属三明治一样起作用——“面包”使用硫族元素，也称为氧族元素。这可以是氧、硫、硒或碲。然后任何过渡金属都可以作为“三明治”的填充物。
由于TMD非常薄，任何一层中缺失或多出原子等微小变化都会影响材料的性能。虽然这些变化被称为“缺陷”，但它们不一定是有害现象。例如，在TMD制造过程中氢的存在会导致电子过量。这会使TMD带负电荷。
该模型显示了缺失的硫族元素原子应该在的位置，如未受干扰的原子图案中心的黑色圆圈所示。此视图俯视TMD的中间层。
Shoaib表示：“根据缺陷的类型和性质，它们在材料中的行为会有所不同，并可能改变材料的性质。例如，它们可以在材料中产生过量的电子，使其成为n型(具有更多电子的材料)或产生更多的空穴，使其成为p型(具有更多空穴或正电荷的材料)。”
计算机使用带负电(n型)和带正电(p型)材料的组合来提供更好的导电性。当前的半导体技术使用掺杂来有意获得这些特性。通过了解TMD上的缺陷是如何引起的，我们可以在原子尺度上创建这些n型和p料。
硅半导体和TMD背后的原理相同，但后者有几个优点。Shoaib说，TMD具有可调节的带隙，可通过改变层数来控制;它们可以薄到单层，只有三个原子高。你可以使用不同的材料来制造它们，而且它们既灵活又耐用。“最终的目标是拥有更智能、更便宜的，”Shoaib说。
Shoaib和他的团队今天要解决的问题很可能与50年前研究第一批半导体的研究人员面临的问题相同。不过，他们研究的规模更大，尺寸更大。PPPL团队正在解决同样的问题，不过是在原子层面。
那么，我们多久才能在手机和电脑中看到TMD?台积电已经在研究1nm，其他公司也推出了2036年前亚纳米晶体管的发展路线图。“像英特尔这样的公司已经在研究用这些TMD制造晶体管，”Shoaib说。“我认为，到2030年，我们可能会拥有一个可用于设备的真正的TMD晶体管。”
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