使用二維材料製造的運算放大器，展現比矽基模擬電子的優勢

使用二維（2D）材料製造的運算放大器，展現相對於矽基模擬電子的優勢

物理世界是一個模擬世界，傳感器通常會測量需要在進行數字轉換之前進行預處理的模擬信號。通常使用剛性矽電子電路執行此預處理，這會限制柔性傳感器的功能。通常使用矽作為活性材料來製造模擬電路。但是，對於改進性能，新設備和柔性集成FHE的需求（就其數字對應物而言）導致了對替代材料的研究，包括使用二維（2D）材料。模擬電子學在神經形態計算方法中也很重要，這是2D材料可以替代矽的有價值的另一個領域。

MoS2膜的CVD生長所用的熔爐設置示意圖。該過程在藍寶石襯底上產生了近1 cm2的MoS2膜。在生長襯底外邊緣上形成的MoS2的單層單晶三角晶顆粒迅速變得更緻密，並聚結成單層MoS2的連續膜，朝向樣品內部。

模擬電子設備是一種電子系統，其工作電流和電壓會隨時間連續變化，而不是像數字電子設備那樣僅在兩個級別之間切換。現有的大多數模擬設備均由矽製成。然而，由於迫切需要可集成到各種設備中的電子產品，研究人員最近開始探索使用替代材料製造模擬組件的可能性。

一類已被證明對模擬電子學的發展特別有前途的材料是2D半導體過渡金屬二硫化碳（TMD），例如二硫化鉬（MoS 2）。實際上，這些材料具有許多有利的特性，包括出色的靜電控制，可觀的機械柔韌性和固有的薄度。

維也納工業大學，比薩大學和AMO GmbH的研究人員最近使用2-D半導體MoS 2製造了模擬運算放大器。他們的論文發表在《nature electronics》上，證實了二維半導體相對於矽在模擬電子學發展方面的優勢。

&34;梅德K. Polyushkin，進行這項研究的一位研究人員表示。&34;

a）運算放大器電路；b）晶片的光學顯微照片，由64個運算放大器和測試電晶體組成；c）光電檢測電路的示意圖；d）在白熾燈照射下，從檢測電路輸出電壓信號。

Polyushkin及其同事進行的這項研究的主要目標是使用2-D半導體製造運算放大器，這是模擬電子設備的基本構建模塊。隨後，研究人員計劃通過使用它構建各種不同的模擬電路來測試這種基於半導體的放大器的潛力和性能。

他們創建的新放大器基於本地背柵n通道MoS 2場效應電晶體。值得注意的是，它是迄今為止開發的基於2-D半導體的最複雜，最複雜的模擬電路之一。

Polyushkin說：&34; &34;

與數字電子設備相反，模擬設備需要為其電路中的每個單獨元件提供高度穩定且可重現的參數。使用傳統的2D電晶體很難做到這一點，因為眾所周知，它們對與電路的不同元素有關的參數（例如，氧化物參數，摻雜水平等）的變化非常敏感。研究人員試圖通過利用他們使用的材料的有利特性來規避這些問題。

包含64個運算放大器的晶片的光學顯微鏡圖像，這些運算放大器是使用二維二硫化鉬作為活性材料製成的。

&34; Polyushkin說。&34;

在Polyushkin和他的同事進行的評估中，他們的運算放大器以0.3 MHz的單位增益頻率實現了高頻操作。為了進一步證明其潛力和適用性，研究人員使用放大器製造了許多通常用於構建電子設備的反饋電路，包括反相放大器，積分器，對數放大器和跨阻放大器。

&34; Polyushkin說。&34;

總的來說，這組研究人員收集的結果證明了他們製造的運算放大器優於類似的基於矽的電子元件的優勢，同時也表明它可能適合更廣泛的應用。儘管放大器仍是原型，並且需要改進其參數才能在實際環境中實現，但Polyushkin及其同事進行的分析表明，以工業規模製造該放大器是可行的。

Polyushkin說：&34; &34;