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　　“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。”9日，接受科技日報記者采訪時，論文共同第一作者、東南大學教授馬亮說。

　　人工智能、自動駕駛等新興產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化需求的爆發(fā)式增長，推動了微電子芯片集成度不斷提高。

　　目前，硅基半導體晶體管微縮工藝已推進至5納米節(jié)點，逐漸逼近其物理極限。晶體管尺寸的進一步微縮，迫切需要基礎材料的創(chuàng)新與突破。

　　論文共同通訊作者、東南大學教授王金蘭表示，以二硫化鉬為代表的二維半導體材料具有高遷移率、超薄溝道和異質(zhì)集成等特點，近年來被視為后硅基半導體時代延續(xù)摩爾定律的理想候選材料之一。

　　與單層二硫化鉬相比，雙層二硫化鉬具有更高的載流子遷移率、更大的驅(qū)動電流，在電子器件的應用中更有優(yōu)勢。

　　“然而，由于襯底與二硫化鉬表面強相互作用的熱力學限制，傳統(tǒng)表面外延只能通過‘1+1=2’的逐層生長模式獲得雙層二硫化鉬。由于生長時長不一致和成核位點隨機分布，導致了層數(shù)均勻性差和薄膜不連續(xù)等問題。目前二硫化鉬的層數(shù)可控外延生長是一項極具挑戰(zhàn)性的前沿難題。”馬亮說。

　　針對該問題，研究團隊提出了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(xiàn)大面積均勻的雙層二硫化鉬薄膜外延生長。

　　據(jù)悉，研究團隊首先進行了理論計算，發(fā)現(xiàn)雖然單層生長在熱力學上是最穩(wěn)定的，但是通過在藍寶石表面構(gòu)建更高的“原子梯田”，可以實現(xiàn)邊緣對齊的雙層成核，從而打破了“1+1=2”的逐層生長傳統(tǒng)模式局限。

　　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了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(xiàn)了厘米級的雙層連續(xù)薄膜。

　　隨后，團隊制造了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(tài)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。