頂點光電子商城2022年5月10日消息：南京大學王欣然教授團隊與東南大學王金蘭教授團隊合作，實現厘米級均勻的雙層二硫化鉬薄膜可控外延生長。
該成果近日發表于國際學術期刊《自然》。《自然》是科學界普遍關注的、國際性、跨學科的周刊類科學雜志。
論文共同第一作者、東南大學教授馬亮（馬亮，主要從事二維材料生長機制與物性調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等多方面取得了系統的原創性研究成果。）說：“這份研究不僅突破了大面積均勻雙層二硫化鉬的層數可控外延生長技術瓶頸，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可控成核新機制有望進一步拓展至其他二維材料體系的外延生長，為后硅基半導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體材料，在新型半導體電子和光電器件應用方面具有巨大潛力，要實現這些應用，尤其針對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。針對如何實現高質量、晶圓級、晶粒取向一致的單層二硫化鉬的晶圓級外延的挑戰。
針對二硫化鉬的層數可控外延生長這項極具挑戰性的前沿難題，研究團隊提出襯底誘導的雙層成核以及“齊頭并進”的全新生長機制。論文共同通訊作者、南京大學教授王欣然介紹，團隊在國際上首次實現大面積均勻的雙層二硫化鉬薄膜外延生長。
2018年，中國科學院物理研究所N07組博士生在自限生長的前提下，在2英寸藍寶石晶圓襯底上外延出高質量單層二硫化鉬膜，以及利用誰輔助將這些晶圓級二硫化鉬薄膜從藍寶石轉移到其他任意襯底上等，學術界和工業界在單層而為半導體生長方面多方面嘗試，而層數可控的二維半導體外延制備一直是尚未解決的難題。
王欣然表示，研究團隊利用高溫退火工藝，在藍寶石表面上獲得均勻分布的高原子臺階，成功獲得了超過99%的雙層形核，并實現了厘米級的雙層連續薄膜。
此次工作突破了層數可控的二維半導體外延生長技術，并且實現了最高性能的晶體管器件。
隨后，團隊制造雙層二硫化鉬溝道的場效應晶體管器件陣列。電學性能評估表明，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；
開態電流高達1.27毫安/微米，刷新了二維半導體器件的最高紀錄。南京大學電子科學與工程學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王金蘭教授、馬亮教授為論文共同通訊作者。
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