拓撲絕緣體、二維超導材料等可能成為矽的替代品，最突出的是石墨烯

替代矽基的半導體有碳基半導體等。

在積體電路領域，有一條被遵循了數十年的規律，那就摩爾定律，該定律表示，相同面積上整合的電晶體密度每兩年翻一番，但保持產品售價不變。正式在這個定律的推動下，我們進入了當前這個高科技的現代社會。但進入近些年，因為矽材料因此，人們積極進行研究以研究新的有前途的半導體材料。用來替代矽。

最近，由UNIST材料科學與工程學院的Soon-Yong Kwon教授領導的研究小組成功地對二維（2D）金屬電極（metal electrode）進行了patterning，長期以來，二維電極一直被認為是實現高效能超細（ ultra-fine ）半導體的障礙。他們在直徑為4英寸的矽基板上形成所需的形狀。

為了改善半導體晶片的效能，我們必須使構成晶片的各個元件非常小。然而，在現有的基於矽的電子器件的小型化和整合化面臨挑戰。因此，使用諸如石墨烯這樣的薄材料開發超越摩爾半導體至關重要。新的2D金屬電極只有一個原子厚，因此可以應用於半導體器件的薄膜材料，例如石墨烯。據研究團隊稱，這有望加速半導體器件的小型化。

半導體器件只有在電子按其所需的特定位置和方向流動時才能正常工作。但因為你想把器件做得更小，在單位面積上整合更多的電晶體，所以你一直希望把電晶體變小，這時候電子將開始不按照我們的期望那樣地流動，產生了所謂的隧道效應。為了應對這一挑戰，近來對超薄2D半導體材料的使用進行了很多討論，但尚未開發出適合於此的電極。

半導體的特性介於金屬和絕緣體等普通導體之間。因此，如果僅改變半導體材料，則形成相對較高的勢壘（即肖特基勢壘），這使得電子傳輸變得困難。因此，為了實現高效能的超薄半導體器件，還必須新合成2D電極材料。

在這項研究中，研究小組報告了在不同基板上以晶圓級生產金屬過渡金屬二碲化物 （metallic transition metal ditellurides ）patterned layers 的情況。根據研究小組的說法，“我們的二碲化鎢（tungsten ditelluride）和二碲化鉬層（molybdenum ditelluride layers）是透過對前體過渡金屬層（precursor transition metal layer,）進行碲化（tellurization ）處理而生長的，其電子效能可與機械剝離的薄片相媲美，並且可以與2D半導體二硫化物結合。”

“已經證實，向特定金屬（如銅（Cu）或鎳（Ni））中新增適量的碲（tellurium），即使在相對較低的溫度下也會被液化，”該研究的第一作者，UNIST機械工程的Seunguk Song 說，他進一步指出，“我們的技術提供了一種簡單有效的方法來生長高質量的過渡金屬二碲化物，其電氣效能可與機械剝落（mechanically exfoliated ）的薄片媲美。”

根據研究小組的說法，所形成的金屬-半導體結沒有明顯的無序效應（disorder effects ）和FLP（ Fermi-level pinning ），並且它們的SBH基本上遵循Schottky-Mott limit。新合成的2D電極材料在合成過程中幾乎沒有物理缺陷，因此表現出與機械分離的2D材料相當的優異物理和電效能。另外，整個過程中有幾分鐘是在低於500°C的溫度下執行。由於可以在現有的半導體處理中實施，因此還降低了運營成本。

該研究小組還進行了將2D半導體二硫化鉬（MoS 2）放置在新的2D電極上的實驗。結果，金屬與半導體之間的介面處的能壘（肖特基勢壘）非常低，接近理論值，因此電子轉移容易。在常規的半導體制造工藝中，注入離子以增加穿過能壘的電子的數量，並且該方法難以應用，因為器件變小並且電路線寬減小。然而，這次開發的電極材料可以在沒有這種工藝的情況下提高半導體結中電子轉移的效率。

Professor Kwon說：“由於新合成的金屬電極和半導體結的缺陷很少，因此遵循了理想的Schottky-Mott條件。” “特別是，有可能控制能壘（Schottky Barrier），這比透過商業金屬佈線技術實現更難，但這將有助於透過以下方式實現具有N型和P型兩性的下一代半導體進一步的研究。”

這項研究得到了南韓科學技術部（MSIT）資助的南韓國家研究基金會（NRF）的奈米材料技術開發計劃的支援。

鍺和矽是最常用的元素半導體; 化合物半導體:包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物(砷化鎵、磷化鎵等)、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物( 硫化鎘、硫化鋅等)、氧化物(錳、鉻、鐵、銅的氧化物)。

沒有能完全替代矽的半導體，石墨烯在未來有這種方向，但應用問題多多，沒有幾十年科研不可能完全替代矽元素的半導體。