南京大學(xué)突破關(guān)鍵技術(shù) 實(shí)現(xiàn)2英寸MoS2單晶薄膜外延生長(zhǎng)

近期，南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院王欣然教授課題組研究突破二維半導(dǎo)體單晶制備和異質(zhì)集成關(guān)鍵技術(shù)。

南京大學(xué)消息顯示，合作團(tuán)隊(duì)提出了一種方案，通過(guò)改變藍(lán)寶石表面原子臺(tái)階的方向，人工構(gòu)筑了原子尺度的“梯田”。利用“原子梯田”的定向誘導(dǎo)成核機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了 TMDC 的定向生長(zhǎng)?；诖嗽?，團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了 2 英寸 MoS2 單晶薄膜的外延生長(zhǎng)。

得益于材料質(zhì)量的提升，基于 MoS2 單晶制備的場(chǎng)效應(yīng)晶體管遷移率高達(dá) 102.6 cm2/Vs，電流密度達(dá)到 450 μA/μm，是國(guó)際上報(bào)道的最高綜合性能之一。同時(shí)，該技術(shù)具有良好的普適性，適用于 MoSe2 等其他材料的單晶制備，該工作為 TMDC 在集成電路領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了材料基礎(chǔ)。

而在第二個(gè)工作中，電子學(xué)院合作團(tuán)隊(duì)基于第三代半導(dǎo)體研究的多年積累，結(jié)合最新的二維半導(dǎo)體單晶方案，提出了基于 MoS2薄膜晶體管驅(qū)動(dòng)電路、單片集成的超高分辨 Micro-LED 顯示技術(shù)方案。

據(jù)介紹，合作團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)高分辨率微顯示領(lǐng)域，提出了 MoS2薄膜晶體管驅(qū)動(dòng)電路與 GaN 基 Micro-LED 顯示芯片的 3D 單片集成的技術(shù)方案。團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了非“巨量轉(zhuǎn)移”的低溫單片異質(zhì)集成技術(shù)，采用近乎無(wú)損傷的大尺寸二維半導(dǎo)體 TFT 制造工藝，實(shí)現(xiàn)了 1270 PPI 的高亮度、高分辨率微顯示器，可以滿(mǎn)足未來(lái)微顯示、車(chē)載顯示、可見(jiàn)光通訊等跨領(lǐng)域應(yīng)用。

其中，相較于傳統(tǒng)二維半導(dǎo)體器件工藝，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新型工藝將薄膜晶體管性能提升超過(guò) 200%，差異度降低 67%，最大驅(qū)動(dòng)電流超過(guò) 200 μA/μm，優(yōu)于 IGZO、LTPS 等商用材料，展示出二維半導(dǎo)體材料在顯示驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)方面的巨大應(yīng)用潛力。

該工作在國(guó)際上首次將高性能二維半導(dǎo)體 TFT 與 Micro-LED 兩個(gè)新興技術(shù)融合，為未來(lái) Micro-LED 顯示技術(shù)發(fā)展提供了全新技術(shù)路線(xiàn)。

關(guān)鍵詞： 南京大學(xué) 關(guān)鍵技術(shù) 外延生長(zhǎng) 單晶薄膜