科学家研发出新型薄膜半导体，电子迁移速度约为传统半导体7倍

IT之家 7 月 20 日消息，来自美国麻省理工学院、加拿大渥太华大学等机构的科学家，利用一种名为三元碲铋矿（ternary tetradymite）的晶体材料研制出一种新型超薄晶体薄膜半导体。

据介绍，这种“薄膜”厚度仅 100 纳米，其中电子的迁移速度约为传统半导体的 7 倍从而创下新纪录。这一成果有助科学家研发出新型高效电子设备。相关论文已经发表于《今日材料物理学》杂志（IT之家附 DOI:10.1016/j.mtphys.2024.101486）。

据介绍，这种“薄膜”主要是通过“分子束外延技术”精细控制分子束并“逐个原子”构建而来的材料。这种工艺可以制造出几乎没有缺陷的材料，从而实现更高的电子迁移率（即电子在电场作用下穿过材料的难易程度）。

简单来说，当科学家向“薄膜”施加电流时，他们记录到了电子以 10000 cm²/V-s 的速度发生移动。相比之下，电子在“硅半导体”中的移动速度约为 1400 cm²/V-s，而在传统铜线中则要更慢。

这种超高的电子迁移率意味着更好的导电性。这反过来又为更高效、更强大的电子设备铺平了道路，这些设备产生的热量更少，浪费的能量更少。

研究人员将这种“薄膜”的特性比喻成“不会堵车的高速公路”，他们表示这种材料“对于更高效、更省电的电子设备至关重要，可以用更少的电力完成更多的工作”。

科学家们表示，潜在的应用包括将“废热”转换成电能的可穿戴式热电设备，以及利用电子自旋而不是电荷来处理信息的“自旋电子”设备。

科学家们通过将“薄膜”置于极寒磁场环境中来测量材料中的电子迁移率，然后通过对薄膜通电测量“量子振荡”。当然，这种材料即使只有微小的缺陷也会影响电子迁移率，因此科学家们希望通过改进薄膜的制备工艺来取得更好的结果。

麻省理工学院物理学家 Jagadeesh Moodera 表示：“这表明，只要能够适当控制这些复杂系统，我们就可以实现巨大进步。我们正朝着正确的方向前进，我们将进一步研究、不断改进这种材料，希望使其变得更薄，并用于未来的自旋电子学和可穿戴式热电设备。”

【应用方案】半导体设备将DeviceNet信号转为EtherCAT

EtherCAT正快速应用于半导体制造行业，然而，复杂的半导体控制系统中存在多协议组件互联互通的需求，面对EtherCAT与DeviceNet的互通难题，我们该如何解决？

EtherCAT是目前全球最快的工业以太网通讯技术，凭借该优势，EtherCAT在半导体制造领域不断被快速引入应用。然而半导体制造是一个庞大复杂的控制系统，其中仍有各类支持不同通讯协议的组件需互联互通。

DeviceNet作为一种低成本的通信连接，在半导体行业应用广泛，半导体设备中的IO模块、MFC、质量流量计、阀组、滑轨、温控器、射频、节流阀等组件，往往都采用DeviceNet进行通讯。

当需要将DeviceNet协议的从站组件接入EtherCAT主控系统时，我们面临一个关键问题：如何高效、便捷地实现两者的连接？

一种常见的解决方案是自主开发，但这需要对相关协议代码有深入的了解，并投入大量的时间和精力进行软件编程开发工作。这种方法不仅可能导致人力资源的浪费，还可能延长项目的整体周期。

然而，一个更为高效且便捷的选择是使用致远电子的PXB-8022M网关。该网关能够轻松实现DeviceNet与EtherCAT网络之间的无缝连接，使DeviceNet从站设备能够顺畅地接入EtherCAT主站网络。更为重要的是，使用PXB-8022M无需进行复杂的编程工作，大大节省了人力和精力的投入。只需进行简单的配置，即可迅速实现DeviceNet设备与EtherCAT系统的互联互通。这样，您可以将更多的精力和资源投入到半导体设备的核心功能开发上，提升整体项目的效率和质量。