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頂點(diǎn)光電子商城2022年5月10日消息：南京大學(xué)王欣然教授團(tuán)隊(duì)與東南大學(xué)王金蘭教授團(tuán)隊(duì)合作，實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)均勻的雙層二硫化鉬薄膜可控外延生長(zhǎng)。
該成果近日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》。《自然》是科學(xué)界普遍關(guān)注的、國(guó)際性、跨學(xué)科的周刊類科學(xué)雜志。
論文共同第一作者、東南大學(xué)教授馬亮（馬亮，主要從事二維材料生長(zhǎng)機(jī)制與物性調(diào)控的多尺寸模擬研究，在表、界面作用耦合的二維材料可控生長(zhǎng)等多方面取得了系統(tǒng)的原創(chuàng)性研究成果。）說(shuō)：“這份研究不僅突破了大面積均勻雙層二硫化鉬的層數(shù)可控外延生長(zhǎng)技術(shù)瓶頸，研制了最高性能的二硫化鉬晶體管器件，而且雙層二硫化鉬層數(shù)可控成核新機(jī)制有望進(jìn)一步拓展至其他二維材料體系的外延生長(zhǎng)，為后硅基半導(dǎo)體電子器件的替代材料提供了一種新的方向和選擇。”
單層二硫化鉬是一種新型二維半導(dǎo)體材料，在新型半導(dǎo)體電子和光電器件應(yīng)用方面具有巨大潛力，要實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用，尤其針對(duì)大尺度集成器件的需求，首先在材料上解決單層二硫化鉬的大尺度外延問題。針對(duì)如何實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、晶圓級(jí)、晶粒取向一致的單層二硫化鉬的晶圓級(jí)外延的挑戰(zhàn)。
針對(duì)二硫化鉬的層數(shù)可控外延生長(zhǎng)這項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的前沿難題，研究團(tuán)隊(duì)提出襯底誘導(dǎo)的雙層成核以及“齊頭并進(jìn)”的全新生長(zhǎng)機(jī)制。論文共同通訊作者、南京大學(xué)教授王欣然介紹，團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)大面積均勻的雙層二硫化鉬薄膜外延生長(zhǎng)。
2018年，中國(guó)科學(xué)院物理研究所N07組博士生在自限生長(zhǎng)的前提下，在2英寸藍(lán)寶石晶圓襯底上外延出高質(zhì)量單層二硫化鉬膜，以及利用誰(shuí)輔助將這些晶圓級(jí)二硫化鉬薄膜從藍(lán)寶石轉(zhuǎn)移到其他任意襯底上等，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界在單層而為半導(dǎo)體生長(zhǎng)方面多方面嘗試，而層數(shù)可控的二維半導(dǎo)體外延制備一直是尚未解決的難題。
王欣然表示，研究團(tuán)隊(duì)利用高溫退火工藝，在藍(lán)寶石表面上獲得均勻分布的高原子臺(tái)階，成功獲得了超過(guò)99%的雙層形核，并實(shí)現(xiàn)了厘米級(jí)的雙層連續(xù)薄膜。
此次工作突破了層數(shù)可控的二維半導(dǎo)體外延生長(zhǎng)技術(shù)，并且實(shí)現(xiàn)了最高性能的晶體管器件。
隨后，團(tuán)隊(duì)制造雙層二硫化鉬溝道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件陣列。電學(xué)性能評(píng)估表明，雙層二硫化鉬器件的遷移率相比于單層二硫化鉬提升了37.9%，器件均一性也得到了大幅度提升；
開態(tài)電流高達(dá)1.27毫安/微米，刷新了二維半導(dǎo)體器件的最高紀(jì)錄。南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院博士生劉蕾為第一作者，王欣然教授、李濤濤副研究員和東南大學(xué)王金蘭教授、馬亮教授為論文共同通訊作者。
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