单层材料要取代甚至补充硅还有很长的路要走，但没有人排除它们的可能性。
尽管多年来一直有关于硅已达到极限的警告，尤其是在电子迁移受限的前沿工艺节点，但仍没有明显的替代品。
硅在集成电路行业长达数十年的主导地位，部分原因在于这种材料的电子特性。锗、砷化镓和许多其他半导体具有优越的迁移率，但没有一种能与Si/SiO的易集成性相媲美2系统。即使现在，当HfO2基栅极堆是普遍存在的，硅的钝化表面氧化物是制造工艺的关键使能器。
硅之前的挑战者的命运为二维半导体材料的支持者提供了一个警示。一个成功的工艺集成方案不仅包括通道材料，还包括掺杂、触点和适合大规模设计的器件结构。虽然到目前为止的大部分研究都强调使用2D材料作为计算元素，如晶体管和忆阻器，但它们也可能在射频开关和非金属电极等应用中有用。
晶体管和触点结构
虽然石墨烯是第一个被发现的二维半导体，但大部分目前的研究侧重于过渡金属二卤属化合物(TMDs)，如硒化钨(WSe)2)和二硫化钼(MoS2)．这些材料的带隙和迁移率随堆叠层数和应变量而变化。一方面，能够调优通道属性简化了许多电路设计问题。另一方面，不受控制的变异会造成灾难性的产量后果。
普渡大学研究员庞金生和他的同事们说建议, WSe2它是空气稳定的，并且有很大的厚度依赖带隙，可能特别适用于可穿戴传感器和其他柔性设备。有机薄膜、多晶硅和大多数其他柔性半导体具有相对较差的载流子迁移率，导致低封装密度和过高的功耗。tmd有可能克服这些限制。
在之前与WSe的工作中2，接触金属将费米能级固定在中间间隙附近，从而产生双极器件。在最近的IEEE电子设备会议上，普渡大学团队展示了互补的WSe2二氧化铪(HfO)晶体管2)栅极介质，使用氧等离子体掺杂PFETs。在他们的nfet中，三栅静电掺杂结构允许两个侧栅的独立偏置产生n-绝缘体-n掺杂剖面。fet器件在69 mV/decade上实现了接近理想的亚阈值摆动，而pet值为90 mV/decade。然而，这些器件是否适用于商业电路尚不清楚，因为它们是基于剥离的WSe2片。此外，三栅极结构显著地复杂化了电路布线。
虽然蒸发金属触点很容易制造，并且通常在实验室设备中得到良好的结果，但硅基触点工艺更适合大规模集成。硅触点在业界得到了很好的理解，并且很容易用于工作-函数调优，但关于二维半导体硅触点的研究很少。中国山东大学的一个研究小组使用了一系列模拟研究研究用于tmd的硅触点。他们发现，(110)取向硅在大多数情况下具有较低的肖特基势垒高度，分别成功地用氢和氟钝化了n型和p型触点。在p型接触中，氮化硼界面层的势垒高度几乎为零。
用于内存计算的2D半导体
的范围拟议的未来计算架构远远超出传统的CMOS逻辑。事实上，内存计算对于2D半导体来说是一个特别有吸引力的目标，因为它需要极高的高密度集成。一个RRAM数组可以由几个层叠加在一起构造，例如，数据输入在顶部，结果读取在底部。为了尽量减少阵列节点之间的路径泄漏，每个内存元素可能有一个选择器晶体管垂直堆叠在它的上面或下面。斯坦福大学的王清华和同事们发现了一个体系结构像这样堆叠mo2晶体管选择器与六方氮化硼RRAM阵列。当制造温度低于150℃时，他们预计相对简单地扩展到任意多层，主要受产量限制。
另一个小组，也是在普渡大学，证明了基于2D MoTe的相变存储器件2。虽然大多数相变记忆依赖于非晶态和晶体相之间的转变，但MoTe2在两个晶体相2H和2H之间的转变d。由于状态在结构上接近，这种转变的动力学应该比基于丝状的rram的离子迁移或其他pcram的非晶到晶体的转变快。初步测量发现开关速度低于5纳秒，具有多个稳定的电阻状态。
除了能够提供当前设备的高密度版本之外，2D半导体还可能引入依赖于其不寻常物理特性的新设备类型。德州大学奥斯汀分校的葛瑞晶及其同事在MoS中展示了“原子电阻”非挥发性电阻开关行为2层与黄金接触。开关电压似乎促使金取代为硫空位。随着金离子所占据的状态数的增加，单分子层变得导电。该器件只有一个原子层厚，不包括“灯丝”形式。相反,导电桥式开关一旦存在足够多的导电态就发生。
构建流程生态系统
大多数报道的tmd工作使用剥离单晶薄片或mocvd生长的多晶薄膜。然而，在多晶薄膜中，晶粒尺寸的变化硫迁移其他缺陷会导致不一致的开关行为。大多数设备设计者更倾向于使用单晶材料。Imec的研究人员正在讨论他们的2D设备集成路线图，解释了TMD材料晶圆级增长的两种途径。直接在非晶态介质上生长可以提供优良的载流子迁移率，但高温和生长所需的苛刻化学物质往往会使介电层退化。
或者，模板生长之后的层转移允许单独优化半导体和介电沉积过程。成功的传输取决于干净的界面和均匀的应变，因为应变的可变性和界面污染都会影响器件的性能。不一致的机械力会导致裂纹和起皱，而化学残留物会导致掺杂效应。
总的来说，在2D半导体能够补充(更不用说取代)硅逻辑技术之前，显然还有很多工作要做。但挑战似乎在于工程和处理方面的问题。基本材料物理学似乎并没有阻碍。
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