具有亞納米厚度的二維半導體材料被認為有望替代矽，克服短溝道效應並繼續縮小場效應管。儘管單層二硫化鉬（MoS2）已通過實驗和理論方法證明了在亞10 nm溝道長度量級上可以提供高開關比，想實現真正高性能的二硫化鉬短溝道場效應管還面臨很多挑戰。首先，本徵二硫化鉬與金屬接觸電阻很大，而現在並沒有可靠易操作的方法在納米尺度下對二維材料進行精準可控的摻雜。其次，二硫化鉬與矽不同，表面難以生長高質量超薄的金屬氧化物作為柵極電介質層。因此，儘管二硫化鉬場效應管在溝道較長時能夠提供高開關比（on/off）和低亞臨界擺幅（SS），當溝道長度真正縮減至10 nm量級時，器件的性能與工業要求相差較遠，且器件的結構設計往往難以與現有的加工技術兼容。
今日，來自美國哥倫比亞大學的James Hone教授（通訊作者），博士後研究員祝毅博（第一作者）以及來自南京大學、韓國SKKU、美國ARL和新加坡南洋理工的研究人員共同報導了一種簡單、可靠並有望實現大面積生產的方法，用於解決二維半導體材料的高接觸電阻和與超薄電介質層相結合的難題，並展示了高性能14 nm短溝道MoS2場效應管。與經常使用的頂柵場效應管結構不同，文章中所報導的器件使用了底部柵極，並由單層石墨烯構成。石墨烯的表面粗糙度和厚度均在原子尺度級別，因此與常用的金屬電極不同，石墨烯電極有效地減小了由於電極表面粗糙不平、側壁過高等原因引起的柵極漏電流，尤其是當柵極電介質層厚度只有幾個納米時。
由此帶來的好處有兩點：首先，可以在石墨烯柵極上施加高柵壓來調控覆蓋在漏源電極下的MoS2的摻雜程度和接觸電阻。文中展現了當單層MoS2摻雜程度為4.6 ×1013/cm2時，其與金屬鎳的接觸電阻將至2.3 kΩµm。而對接觸電阻的有效調控也使得器件在室溫下展現出接近熱力學極限的SS = 64 mV/decade。在此基礎上，當柵極電介層減至5納米厚時，50 nm溝道長度的器件SS = 73 mV/decade，14 nm的器件SS = 86.5 mV/decade，且沒有出現明顯的短溝道效應。值得注意的是，該項研究中所用的所有材料（石墨烯，MoS2及金屬氧化物HfO2）均為化學沉積方法製備，且材料的處理轉移方法高效環保，這對於器件量產至關重要。另外，器件的設計和操作簡單，與現有的矽場效應管類似，而且從原理上來說對於n或p型半導體均適用，因此對使用單層二維材料生產高性能集成電路的可行性提供了重要的依據。研究成果以Monolayer Molybdenum Disulfide Transistors with Single-Atom-Thick Gates為題於近期發表在Nano Letters上。