我們提出了一個焦點問題，關於研究界如何不斷突破二維電晶體的裝置效能邊界，並探討這些裝置在未來計算領域發揮的關鍵作用。

在 6 月於馬里蘭州學院公園舉行的2024 年裝置研究會議上，會議重點強調了半導體技術在推動人工智慧 (AI) 廣泛應用方面的關鍵作用。憑藉大規模並行處理和專用加速器，圖形處理單元 (GPU) 和張量處理單元 (TPU) 已成為資料處理和機器學習的主力，為尖端應用提供動力。然而，一個迫在眉睫的重大挑戰是如何突破矽片對電晶體縮放和功耗的限制，以維持 AI 硬體效能的快速提升。答案在於重新思考裝置架構和探索替代材料。其中，二維 (2D) 材料已顯示出突破半導體器件效能和功能界限的巨大潛力。我們期刊上發表的許多 2D 材料研究都反映了這一上升趨勢，在本期中，我們將介紹一個焦點，重點介紹 2D 半導體的進展，利用奈米級洞察力來設計新型裝置、提高效能並實現整合系統。

在一篇分析文章中，Yu-Cheng Lu 等人利用計算機輔助設計技術比較了不同技術節點（從 16 nm 到 1 nm）的 2D 和 Si 靜態隨機存取儲存器 (SRAM) 電路。隨著節點變小，2D SRAM 在穩定性、執行速度和能效方面均優於矽 SRAM。

利用類似矽的製造技術來擴充套件高質量二維材料仍然是充分利用其卓越半導體效能的關鍵挑戰。儘管已發表了大量配方和方法，但缺乏實際操作和車間專業知識阻礙了持續的高質量材料合成。劉燦等人在他們的評論中討論了平面單晶單層的外延生長和平面外同質結構的製造。透過分析成核和取向控制以及各種外延生長技術的缺陷水平，他們討論了持續生產高質量二維材料的最佳實踐。

在另一篇評論中，Ki Seok Kim 等人展示了一種理想化的二維電晶體，重點關注通道材料、金屬觸點和柵極電介質，並分享了他們關於如何彌合學術研究與工業需求之間的差距以加速採用基於二維半導體的電晶體進行單片三維整合的觀點。

Focus 還介紹了推進 2D 電晶體效能極限的主要研究。Kui Meng 等人在其文章中報告了晶圓級熱蒸發超離子稀土金屬氟化物薄膜，該薄膜具有超薄等效氧化物厚度，可作為 MoS 2和 WSe 2電晶體中的電介質。與靜電門控不同，這些電雙層門控電晶體使用離子在電晶體通道中感應電荷。正如 Tibor Grasser 等人在一篇新聞與觀點文章中強調的那樣，這種解決方案可能對不需要高操作頻率的應用有效，例如神經形態或隨機計算。

Heonsu Ahn 等人在一篇文章中舉例說明了柵極電極的進一步尺寸縮小。他們製造了具有 0.4 奈米寬度柵極電極的映象孿生邊界網路，以將耗盡溝道長度縮小到 3.9 奈米。之前成功實現原子級短柵極電晶體使用的是碳奈米管或石墨烯邊緣。Wouter Jolie 等人在一篇隨附的新聞與觀點文章中介紹了這種方法，該方法透過使用相同的 2D 材料進行佈線和用作有源半導體來簡化製造過程。

與 2D 電晶體形成電接觸需要克服與傳統半導體形成歐姆接觸時常見的挑戰，如肖特基勢壘和費米能級釘扎。Jordan Pack 等人在其文章中提出了一種新型電荷轉移接觸來緩解這些問題，在低溫下獲得了單層 WSe2創紀錄的高遷移率（80,000cm² V^–1s^–1 ）。

人們在從單個裝置向系統級轉移方面也投入了大量精力。Rahul Pendurthi 等人在其文章中介紹了一種在 2D 材料上構建互補金氧半導體器件的後端相容方法。

2022年，美國政府通過了影響深遠的《晶片與科學法案》，以支援半導體研究和製造。與此同時，亞洲和歐洲各國政府也在推出各自的《晶片與科學法案》，為半導體研發和製造提供大量補貼。正如克里斯·米勒在《紐約時報》暢銷書《晶片戰爭》中所闡述的那樣，技術和地緣政治越來越緊密地交織在一起。爭奪技術主導地位的鬥爭有可能使科學家之間的知識交流和技術轉移變得越來越具有挑戰性。

作為一本具有全球影響力的期刊，我們重視透過此焦點實現知識共享的自由流動，並將繼續關注實驗室採取的每一步如何與行業需求保持一致。作為一本期刊，我們的職責是提供一個精心策劃的平臺，供人們公開分享想法、方法和突破，超越這些地緣政治分歧，倡導半導體技術的進步仍然是一項全球合作的努力。