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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。”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、自動駕駛等新興產業數字化、智能化需求的爆發式增長，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、超薄溝道和異質集成等特點，近年來被視為后硅基半導體時代延續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、更大的驅動電流，在電子器件的應用中更有優勢。

　　“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，導致了層數均勻性差和薄膜不連續等問題。目前二硫化鉬的層數可控外延生長是一項極具挑戰性的前沿難題。”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大面積均勻的雙層二硫化鉬薄膜外延生長。

　　據悉，研究團隊首先進行了理論計算，發現雖然單層生長在熱力學上是最穩定的，但是通過在藍寶石表面構建更高的“原子梯田”，可以實現邊緣對齊的雙層成核，從而打破了“1+1=2”的逐層生長傳統模式局限。

　　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，并實現了厘米級的雙層連續薄膜。

　　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。