我國突破12英寸二維半導(dǎo)體晶圓批量制備技術(shù)

2023年7月4日，《科學(xué)通報》以“模塊化局域元素供應(yīng)技術(shù)批量制備12英寸過渡金屬硫族化合物”為題，在線發(fā)表了松山湖材料實驗室/北京大學(xué)教授劉開輝、中國科學(xué)院院士王恩哥團隊，松山湖材料實驗室/中國科學(xué)院物理研究所研究員張廣宇團隊及合作者最新研究成果。

該研究提出模塊化局域元素供應(yīng)生長技術(shù)，成功實現(xiàn)了半導(dǎo)體性二維過渡金屬硫族化合物晶圓批量化高效制備，晶圓尺寸可從2英寸擴展至與現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝兼容的12英寸，有望推動二維半導(dǎo)體材料由實驗研究向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用過渡，為新一代高性能半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展奠定了材料基礎(chǔ)。

二維半導(dǎo)體是一種新興半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，以單層過渡金屬硫族化合物為代表。與傳統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)展路線類似，晶圓材料是推動二維半導(dǎo)體技術(shù)邁向產(chǎn)業(yè)化的根基。如何實現(xiàn)批量化、大尺寸、低成本制備二維半導(dǎo)體晶圓是亟待解決的科學(xué)問題。針對二維半導(dǎo)體晶圓的尺寸放大與批量制備核心科學(xué)問題，研究人員提出了一種全新的模塊化局域元素供應(yīng)生長策略，實現(xiàn)了二維半導(dǎo)體最大到12英寸晶圓的批量化制備。

為了解決批量化制備的難題，研究人員在單層過渡金屬硫族化合物制備過程中，實驗設(shè)計將所需的多種前驅(qū)體與生長襯底以“面對面”模式組裝構(gòu)成單個生長模塊。過渡金屬元素與硫族元素按精確比例局域供應(yīng)至生長襯底，實現(xiàn)單層過渡金屬硫族化合物晶圓的高質(zhì)量制備。多個生長模塊可通過縱向堆疊組成陣列結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)多種尺寸晶圓薄膜的低成本批量化制備。

該研究成果為二維半導(dǎo)體晶圓的大尺寸、規(guī)?；苽涮峁┝艘环N全新的技術(shù)方案，有望推動二維半導(dǎo)體走向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

值得一提的是，松山湖材料實驗室在前沿科學(xué)研究和創(chuàng)新樣板工廠兩大核心板塊都布局了二維半導(dǎo)體方向的研究。近3年來，該實驗室針對二維半導(dǎo)體晶圓制備和規(guī)?；骷?gòu)筑取得系列進(jìn)展，在國際上引起廣泛關(guān)注。

（來源：中國科學(xué)報）