隨著硅基芯片性能逼近物理極限，全球科學(xué)家正在尋找替代方案，以二硫化鉬為代表的二維半導(dǎo)體就是其中之一。30日，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表南京大學(xué)王欣然、李濤濤團(tuán)隊(duì)與東南大學(xué)王金蘭團(tuán)隊(duì)合作論文，他們創(chuàng)新研發(fā)“氧輔助金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)”，突破了制約大尺寸二硫化鉬薄膜規(guī)?；苽涞募夹g(shù)難題。

王欣然介紹，二硫化鉬電學(xué)性能優(yōu)異，但想替代硅基材料并不容易。作為后來(lái)者，二硫化鉬需適應(yīng)現(xiàn)有半導(dǎo)體產(chǎn)線的成熟工藝，也就是金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)。

“在氣相沉積過(guò)程中，金屬有機(jī)前驅(qū)體受熱分解，反應(yīng)產(chǎn)物附著在襯底表面，形成二硫化鉬薄膜?！崩顫凉f(shuō)，然而，傳統(tǒng)的金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)受反應(yīng)動(dòng)力學(xué)限制，不僅薄膜生長(zhǎng)速率慢，而且前驅(qū)體在分解時(shí)會(huì)產(chǎn)生含碳雜質(zhì)，嚴(yán)重影響薄膜質(zhì)量。

為解決這些難題，團(tuán)隊(duì)經(jīng)多年研究，提出引入氧氣輔助，讓氧氣在高溫環(huán)境下與前驅(qū)體中的碳元素相結(jié)合，減少碳污染。按照該思路，團(tuán)隊(duì)試制了6英寸二硫化鉬薄膜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，薄膜生長(zhǎng)速率較傳統(tǒng)方法提升兩到三個(gè)數(shù)量級(jí)。

王欣然表示，目前團(tuán)隊(duì)已掌握二維半導(dǎo)體襯底工程、動(dòng)力學(xué)調(diào)控等產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)。由于硅基半導(dǎo)體產(chǎn)線主要使用12英寸薄膜，團(tuán)隊(duì)正加緊研發(fā)新型氣相沉積設(shè)備，下一步將嘗試規(guī)?；苽?2英寸二硫化鉬薄膜。

《科學(xué)》審稿人認(rèn)為，此次研究攻克了傳統(tǒng)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)長(zhǎng)期難以解決的動(dòng)力學(xué)限制與碳污染難題，對(duì)加快推動(dòng)二維半導(dǎo)體從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)線具有重要意義。