6英寸二维半导体单晶量产核心技术获突破

来源：科技日报

科技日报记者 金凤

30日，记者从东南大学获悉，该校物理学院教授王金兰团队联袂南京大学教授王欣然团队，基于金属有机化学气相沉积技术，通过氧辅助策略精准调控生长动力学，解决了传统技术中碳污染、晶畴尺寸小、迁移率低等挑战，成功突破了6英寸过渡金属硫化物二维半导体单晶量产核心技术难题，为二维半导体产业化迈出关键一步。相关研究成果1月30日发表于国际学术期刊《科学》。

王金兰介绍，随着晶体管尺寸逼近物理极限，传统硅基技术面临前所未有的挑战。以二硫化钼为代表的二维半导体材料因其优异的电学特性，被视为后摩尔时代最具潜力的非硅新材料。

然而，二维半导体的产业化制备长期以来面临两大挑战。一是需要大尺寸、低对称性的衬底作为外延模板，保证薄膜的定向生长；二是二维材料的原子级厚度使其对生长动力学极其敏感。

王金兰说，针对这些难题，团队在制备二维半导体的过程中引入氧气，创新设计材料生长的预反应腔结构，在高温下使氧气与前驱体充分预反应，这降低了反应过程的能量障碍，使前驱物反应速率提升约1000倍以上。

结果显示，新方案使二硫化钼晶畴的生长速率较传统方法大幅提升，晶畴平均尺寸从百纳米级提升至数百微米，并沿特定晶向有序排列，解决了二维半导体大面积均匀生长的量产化难题，还可以抑制含碳中间体的形成，从而彻底解决碳污染问题。

王金兰表示，这一成果不仅验证了“动力学调控提升材料生长质量”的理论预测，更标志着二维半导体单晶量产核心技术取得实质性突破，为其在集成电路、柔性电子及传感器等领域的规模化应用奠定了材料基础。