二維半導體被視為未來集成電路的關鍵溝道材料。然而,具有可控層數和轉角的高質量、晶圓級二維半導體堆疊結構的制備卻頗具挑戰(zhàn)性。

近日,中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心張廣宇研究團隊等,開發(fā)出直接晶圓鍵合及解鍵合方法,制備出高質量、晶圓級二維半導體疊層。該方法可在真空或手套箱中進行,無需轉移介質,可實現超潔凈表面/界面和晶圓級均勻的轉角。從藍寶石表面外延的單層二硫化鉬和二硒化鉬等晶圓級二維半導體出發(fā),該方法可制造多種同質和異質疊層晶圓。原子力顯微鏡、掃描透射電子顯微鏡、拉曼光譜、X 射線衍射、低能電子衍射和二次諧波等表征結果顯示,所制備的二維半導體疊層具有高質量、超潔凈表面/界面以及晶圓級均勻的層間轉角。

除進行二維半導體疊層制備,直接鍵合-解鍵合方法還可以實現各種單層二維半導體從藍寶石襯底到高κ介質襯底的直接轉移,并能夠保留其本征電學性能。與常規(guī)濕法轉移樣品相比,鍵合-解鍵合轉移的樣品具有潔凈的界面,使制備的場效應器件具有更高的遷移率、更大的開態(tài)電流和更小的閾值電壓漲落,展示出直接鍵合方法的優(yōu)越性。

直接鍵合-解鍵合技術與主流半導體制造工藝完全兼容,解決了本征二維半導體的疊層和轉移難題,有望加速二維半導體從實驗室到產業(yè)化的進程。

相關研究成果發(fā)表在《自然·電子學》(Nature Electronics)上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國博士后創(chuàng)新人才支持計劃、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。

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直接鍵合-解鍵合實現晶圓級二維材料的轉移