85后科学家制造出世界上最薄的鳍式晶体管，突破半导体工艺

自然界中有 10 万种材料，其中约 5000 种是层状材料。如果将它两两组合或者三三组合，那么可能性远远大于 100 万种，其物理性质也大有不同。

“纳米积木”（原子层范德华纳米材料及其异质结构），就是把不同的层状材料的单层或少层分离出来，像搭积木一样，通过堆叠、旋转等方式，设计特定的形状或结构，形成一个自然界中不存在的 “人造晶体”。

山西大学光电研究所韩拯就是玩转 “纳米积木” 的一位年轻教授，他通过设计特殊的结构，借用传统半导体器件的范例，在微纳米尺度新型半导体结构，展示了二维层状材料垂直组装电子器件的诸多新奇物理现象。

韩拯和合作者首次利用二维原子晶体替代硅基场效应鳍式晶体管的道沟材料，在实验室规模演示了目前世界上沟道宽度最小的鳍式场效应晶体管，将沟道材料宽度减小至 06 纳米。同时，获得了最小间距为 50 纳米的单原子层沟道鳍片阵列。

此外，他带领的研究团队首次报道的二维本征铁磁半导体自旋场效应器件，为继续寻找室温本征二维铁磁半导体提供了指导意义。

图 | 《麻省理工 科技 评论》“35 岁以下 科技 创新 35 人” 2020 年中国区榜单入选者韩拯

凭借上述研究成果，韩拯成功入选 “35 岁以下 科技 创新 35 人”（Innovators Under 35）2020 年中国区榜单，获奖理由为用二维功能材料制造新型的纳米电子器件，以新型的原子层次制造路线突破半导体工艺，为后摩尔时代晶体管工艺寻找新方案。

铅笔芯的主要成分是石墨，是典型的范德华材料。由于石墨中碳原子层与层之间的范德华结合力较弱，在纸上写字过程当中笔尖上“蹭”下来的二维碳纳米片，就成为了宏观下人们看到的字迹。直到 2000 年左右，英国曼彻斯特科学家安德烈・海姆（Andre Geim，AG）和康斯坦丁・诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）首次把石墨的单原子层（约 03nm 厚）分离了出来，并因此获得了 2010 年诺贝尔物理学奖。

韩拯以此为灵感，对物理、材料工程、微观世界等科学领域愈发好奇，这也跟他的成长经历息息相关。

韩拯是江苏人，本科考入吉林大学物理学院，开始核物理专业学习。之后考入中国科学院金属研究所材料学硕士专业。2010 年，他在法国国家科学中心 CNRS 下属的 NEEL 研究所攻读纳米电子学与纳米 科技 博士学位。其导师对于他的评价是：“年轻躁动、充满创新活力。”

之后他作为博士后，在美国哥伦比亚大学物理系，从事范德华人工异质结构的维纳器件量子霍尔效应和电子光学等物理性能研究。

“随着对自身行业的不断深入了解和研究，渐渐地进入了角色，也爱上了科研。” 韩拯告诉 DeepTech。

期间，他作为共同第一作者，完成了二维弹道输运电子在 pn 结界面的负折射工作，为实现新的电子开关创造了基础，被 Physics World 杂志评为 2016 年度十大物理学突破之一。

在 2015 年 9 月，而立之年的韩拯决定回国，之后一直在中国科学院金属研究所开展新型人工纳米器件的量子输运调控研究。

对于他而言，在研究当中最享受和最开心的事莫过于，本来一个不太明白的事，不断地通过数据积累与同行讨论之后把它弄明白。

之后，韩拯团队以少数层二硫化钼为研究体系，利用超薄（少数原子层）的六方氮化硼（h-BN）作为范德华异质结的隧穿层，系统开展了隧穿晶体管器件研究。

图 | 硫化钼隧穿晶体管光学照片（比例尺 5 微米）、多工作组态整流效应、以及垂直方面切面图

通过在金属和半导体 MoS2 界面之间引入隧穿层 h-BN，可有效降低界面处的肖特基势垒，从而实现通过局域栅电极对通道 MoS2 费米能级的精确静电调控。所获得的 MoS2 隧穿晶体管仅通过门电压调控，即可实现具有不同功能的整流器件，包括 pn 二极管、全关、np 二极管、全开器件。

这项工作首次将双向可调的二极管和场效应管集成到单个纳米器件中，为未来超薄轻量化、柔性多工作组态的纳米器件提供了研究思路。

之所以选择纳米新材料这个方向，除了自身专业背景之外，更重要的是韩拯对科学一直抱有好奇心。

对此，韩拯表示：“硬盘的读写速率速度越来越跟不上 CPU 的运行速度，如果能把它俩合到一起去做存算一体，可以提高计算机的性能。最直接的方法就是把硅半导体与磁复合到一起，变成一个磁性半导体。”

韩拯团队采用惰性气氛下原子层厚度的垂直组装，发现 35nm 厚的 Cr2Ge2Te6 材料在铁磁居里温度以下能够保持优秀的载流子导通性，并且能够实现电子与空穴的双极场效应。该型纳米器件在门电压调控下，磁性亦能得到有效调控，并且与电输运相仿，存在双极门电压可调特性。

“磁性的来源是电子自旋和自旋之间的相互作用。目前，人们发现的室温铁磁性基本上要么在金属当中，要么在绝缘体当中，半导体的磁性很难维持到室温。科学家们一直在积极研究寻找室温下堪用的磁性半导体。” 韩拯告诉 DeepTech。

少数层 Cr2Ge2Te6 是目前已知的首个拥有内禀自旋和电荷态密度双重双极可调特性的二维纳米电子材料，这为继续寻找室温本征二维铁磁半导体提供了一定的指导意义。

例如，来自新加坡国立大学的研究团队在该研究基础上，进一步加强了离子掺杂胶的载流子浓度，将少数层 Cr2Ge2Te6 的铁磁居里温度增强了 4 倍，达到 250K（零下 25 摄氏度）温度。

除此之外，韩拯与合作者首次针对具有巨大面内电导率各向异性的二维材料碲化镓，通过垂直电场实现了对该各向异性电阻率比值的调控，从 10 倍调控至高达 5000 倍，该数值为目前已知二维材料领域里报道的最高记录。

这意味着发现了电子世界的 “交通新规”：在晶格传输过程中，受外电场的影响，电子的导电特性沿着不同方向表现出了一定的差异。

也就是说，如果将电子传输通道比喻成两条垂直的繁华街道。当没有电场时，一条是另一条通过率的 10 倍左右。一旦施加一定强度的外电场，这两条 “车道” 上的电子通过率差别可高达 5000 倍。

站在科幻角度来描述，这种材料可以制作成为一种新型各向异性存储器，当该存储器中一次性写入的数据，沿其中一个方向读取出来的是一本小说，而沿另一个方向读取出来的，则是一部**。

发现的二维极限 GaTe 纳米电子器件展示出了门电压可调的、面内巨各向异性电阻效应（Giant Anisotropic Resistance），为实现新型各向异性逻辑运算、存储单元、以及神经元模拟器件等提供了可能。

之后，韩拯与合作者湖南大学刘松教授、金属研究所孙东明教授等人，首次提出了利用二维原子晶体替代硅基场效应晶体管 FinFET 的 fin 的沟道材料，通过模板生长结合多步刻蚀的方法，制备出了目前世界上沟道宽度最小的（06nm）鳍式场效应晶体管（FinFET），也是目前世界上最薄的鳍式晶体管。

FinFET 是一种为了解决由于进一步集成化需求，硅基平面场效应晶体管的尺寸被进一步缩小所引起的短沟道效应等问题，采用将沟道和栅极制备成 3D 竖直形态的鳍（fin）式晶体管。然而，受限于目前微纳加工的精度，报道的硅基 FinFET 沟道宽度最小约为 5nm。

该团队采用自下而上 Bottom-up 的湿法化学沉积，在高度数百纳米台阶状的模板牺牲层上连续保形生长单层二维原子晶体半导体，最终将 FinFET 的沟道材料宽度缩小至单原子层极限的亚纳米尺度（06 nm），几乎达到物理极限。

同时，采用多重刻蚀等微纳加工工艺，基于此制备演示了最小间距为 50 nm 的单原子层沟道鳍片阵列，为后摩尔时代的场效应晶体管器件的发展提供了新方案。

在工业界，尤其在半导体工业，大家都希望芯片的尺度越来越小，性能越来越高。FinFET可以把平面通道变成站立通道，这样就节约了大量的空间，如此一次就能在更小的面积里，储存更多的芯片或运算单元。

简单来讲，韩拯其主要研究的是功能材料在尺寸非常非常小的时候，有哪些有趣的物理性质和新奇的物理行为，并进一步利用这些有趣的物理现象，来组装制造成纳米尺度下的低功耗、多功能、智能化的小型电子器件。

事实上，一些范德华材料已经在例如透明柔性电子、能源催化等诸多性能方面超越了传统材料，具有诱人的发展前景。

“团队目前虽然以基础研究为主，但也正在逐渐努力从实验室走向应用，我们需要进一步在原始创新以及与应用研究交叉结合等方面多下功夫”。如何实现从零到一的创造发明，并不断加强研究的深度，将是韩拯团队后续工作中的首要目标。

“我们知道这很难，但是仍然要努力学习做一名孤独的研究者，一方面，是静下心来钻研的孤独，另一方面，则是在创新创造上独树一帜。” 韩拯告诉 DeepTech。

在下一阶段，韩拯表示将继续深耕纳米积木领域，专注在新原理、新结构、新制造方式等科学目标。用自下而上、原子层次制造的路线，与目前主流的自上而下半导体工艺相结合，从而展现更多的可能性。

相信在摩尔定律行将失效不久的将来，小尺寸的突破口，一定出现在纳米制造领域，例如自组装、生物模版、原子层次 3D 打印等等。

决定运动方向，提供前进的动力，若失去，鱼不会转弯。依据外形和尾椎骨末端位置的关系，尾鳍可分为四种类型：

圆形尾鳍：尾鳍为一叶，尾椎骨一直伸到尾鳍后端，将鳍分成背腹对称，尾鳍末端尖，多见于鱼类的胚胎期及仔鱼期。

歪形尾鳍：尾鳍分上下两叶，尾椎末端稍曲向上伸展到尾鳍的上叶内。上叶较长，下叶小而略为突出，形成内外上下均不对称的歪形尾鳍。常见于现代软骨鱼类和少数硬骨鱼类。如鲨、鲟等。

正形尾鳍：分为上下对称的两叶，尾椎末端仅达尾鳍的基部，而稍上翘，保留有歪形尾椎的痕迹，尾鳍外形完全对称，下叶由增加的尾下骨片支持着。正形尾鳍是高等鱼类的特征之一。据鳍形的变化，又包括了多种鳍形。

原形尾鳍：尾椎的末端平直伸展至尾的末端呈圆形，不像圆形尾那样尖，尾鳍上下叶大致相等，这是一种原始的尾型，见于圆口纲，鱼纲仅见于幼鱼。 保持鱼体侧立，对鱼体平衡起着关键作用，若失去，会失去平衡而侧翻。但也有些体形长的鱼类，背鳍和臀鳍可以协助身体运动，并推动机体急速前进。如带鱼的背鳍、电鳗的臀鳍、海鳗的背鳍和臀鳍都能推动机体向前运动。又如特殊体形的海马，也是靠细小的背鳍运动来推动机体前进。鳍式，是表示鳍的组成和鳍条数目的记载形式。各鳍拉丁文的第一个字母代表鳍的类别名称，如“D”代表背鳍，“A”代表臀鳍（肛鳍），“V”代表腹鳍，“P”代表胸鳍，“C”代表尾鳍。大写的罗马数字代表棘的数目。阿拉伯数字代表软条的数目，棘或软条的数目范围以“一”表示，棘与软条相连时用“一”表示，分离时用“，”隔开。例如鲤鱼的鳍式：DⅢ一Ⅳ一17～22；P．Ⅰ一15～16；VⅡ一8一9；AⅢ一5～6；C20～22。

以上表示鲤鱼有一个背鳍，3～4根硬棘和17～22根软条；胸鳍1根硬棘和15～16根软条；腹鳍2根硬棘和8至9根软条；臀鳍3根硬棘和5～6条软条；尾鳍20～22根软条。鲈鱼的鳍式为DⅫ一Ⅰ一13；AⅢ一7～8；P15～18；VⅠ一5。表示鲈鱼有两个背鳍，第一背鳍由12根硬棘组成，无软条；第二背鳍包括1根硬棘和13根软条；臀鳍3根硬棘和7～8根软条；胸鳍15～18根软条；腹鳍1根硬棘和5根软条。鱼类的运动与体形和鳍的变化有着非常密切的关系，其游泳的动力主要依靠以下三种方式： 利用躯干部和尾部的肌肉收缩波浪式运动。 依靠鳍的摆动划水运动。 利用鳃孔向后喷水引起的反作用力使鱼体前进。鱼类运动的方式除游泳外，少数鱼还具有一种特殊的运动形式，即跳跃或飞翔，如鲢能斜向跃出水面很高，随后垂直落入水中。飞鱼用力跳跃斜出水面后，还能张开宽大的胸鳍，在空中翔达300m左右。鲑鱼能反复跳越过河中多种阻障，从海里洄游到河流的中上游产卵。另外，还有极个别的鱼能爬行，如鮟鱇、弹跳涂。 协调其它各鳍，起平衡作用；若失去，则身体会轻微摇晃。

无图   不宜分辨     ， 网上搜个图回答    

鲤科       Cyprinidae       光唇鱼属       Acrossocheilus    鱼类 

下图为      条纹光唇鱼     Acrossocheilus fasciatus （条纹石鱼宾）

体延长，侧扁。头后背部稍隆起，腹部圆。头中等大，侧扁。吻突出，呈锥形。口下位，呈马蹄形，上颌末端达鼻孔下方。上唇完整，包于上颌外表。下颌前端呈弧形，稍露出唇外，无角质，下唇肥厚，分左右两瓣，中央仅有一裂缝。上下唇在口角处相连，唇后沟在颏部中断。须两对，吻须稍短，颌须大于眼径。

鳍qí、鲔wěi。鳍鲔不是一个词组。

一、鳍

〈名〉形声。从鱼，耆声。本义：鱼类和某些其他水生动物的类似翅或桨的附肢) 同本义，起着推进、平衡及导向的作用。按其所在部位，可分为背鳍、臀鳍、尾鳍、胸鳍和腹鳍。

如：鳍棘(支撑鱼鳍薄膜的棘刺状硬骨。又叫鳍鬣)

组词：背鳍、肉鳍、臀鳍、腹鳍、鳍鬣、鳞鳍、鳍条、鳍式、植鳍、脊鳍、鱼鳍、尾鳍、鳍棘、胸鳍

二、鲔

1、〈名〉鲟鱼和鳇鱼的古称

2、鲔鱼 。体呈纺锤形，背蓝黑色,腹灰白，背鳍和臀鳍后面各有七或八个小鳍。生活在热带海洋，吃小鱼等动物

3、白鲟的古称。又名象鱼、剑鱼、琴鱼 。鱼纲白鲟科。体呈梭形，裸露无鳞，无骨板。深灰色或浅灰色。头大，口大眼小，吻突出呈剑状，长如象鼻。鳃盖膜发达，如象耳。为中国特产。

组词：鮛鲔、王鲔、鱼鲔、叔鲔

扩展资料

一、鳍的字形演变（如图）

1、肉鳍[ròu qí] 

乌贼、枪乌贼等软体动物体上的鳍状物，用来帮助游泳。

2、腹鳍[fù qí] 

鱼类腹部的鳍，左右各一，是转换方向和支持身体平衡的器官。

二、鲔的字形演变（如图）

1、鮛鲔 [ shū wěi ] 

较小的鲟类鱼。

2、王鲔 [ wáng wěi ] 

鱼名。