二維材料是一類(lèi)特殊的材料，這種材料在一個(gè)維度上的尺寸可以達(dá)到原子層厚度，但在其他兩個(gè)維度依舊保持較大的尺寸。而在這個(gè)家族中，較早被實(shí)驗(yàn)證明的，便是石墨烯。石墨烯獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì)使其得到了高度的重視，并逐漸發(fā)展出電子信息領(lǐng)域、能源領(lǐng)域、復(fù)合材料領(lǐng)域等眾多領(lǐng)域的重要材料。
?
事實(shí)上，憑借獨(dú)特的物理特性與廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，二維材料成為后摩爾時(shí)代的重要技術(shù)方向，在多個(gè)國(guó)家得到重視，并逐漸成為光電子、量子計(jì)算、柔性電子等領(lǐng)域技術(shù)革新的突破口。在這之中，以二硫化鉬為代表的二維半導(dǎo)體材料因其優(yōu)異的電學(xué)特性，被視為后摩爾時(shí)代最具潛力的非硅新材料。
?
然而，二維半導(dǎo)體想要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化制備卻非常困難。一方面，想要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化制備，需要保證薄膜的定向生長(zhǎng)，這依賴(lài)大尺寸、低對(duì)稱(chēng)性的襯底作為外延模板；另一個(gè)方面，二維材料對(duì)生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)極其敏感。這使得其陷入了“量產(chǎn)悖論”。常用的化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)能制備高質(zhì)量單晶，但尺寸小、均勻性差、可重復(fù)性低，無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)需求，傳統(tǒng)MOCVD技術(shù)雖具備規(guī)?；a(chǎn)潛力，但易生成缺陷多、電子遷移率低的多晶材料，實(shí)用價(jià)值較低。
?
不過(guò)，就在最近，東南大學(xué)物理學(xué)院教授王金蘭團(tuán)隊(duì)聯(lián)袂南京大學(xué)教授王欣然團(tuán)隊(duì)成功在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了重要突破，通過(guò)新技術(shù)突破上述難題，實(shí)現(xiàn)了6英寸過(guò)渡金屬硫化物二維半導(dǎo)體單晶量產(chǎn)可能。
?
據(jù)介紹，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)在制備二維半導(dǎo)體的過(guò)程中引入氧氣，創(chuàng)新設(shè)計(jì)材料生長(zhǎng)的預(yù)反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)，在高溫下使氧氣與前驅(qū)體充分預(yù)反應(yīng)，這降低了反應(yīng)過(guò)程的能量障礙，使前驅(qū)物反應(yīng)速率提升約1000倍以上。通過(guò)這種方法，二硫化鉬晶疇平均尺寸從百納米級(jí)提升至數(shù)百微米，并沿特定晶向有序排列。更重要的一點(diǎn)是，整個(gè)過(guò)程抑制了含碳中間體的形成，同時(shí)解決了碳污染問(wèn)題。
?
值得一提的是，這項(xiàng)技術(shù)突破不僅驗(yàn)證了“動(dòng)力學(xué)調(diào)控提升材料質(zhì)量”的理論構(gòu)想，更為我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)突破技術(shù)瓶頸、保障產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全提供了重要支撐，目前相關(guān)成果已經(jīng)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Science》在線(xiàn)發(fā)表，題目為《氧氣輔助實(shí)現(xiàn)過(guò)渡金屬硫化物生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)調(diào)控》(DOI: 10.1126/science.aec7259)，感興趣的讀者可以自行查閱學(xué)習(xí)。
?
本文參考資料來(lái)源：東大新聞網(wǎng)
