北大最新Science: “播种”二维晶体

【引言】

在硅电子技术中实现对二维范德华半导体的集成通常要求生产大规模、均一以及高度晶化的薄膜。然而，二维材料的原子级厚度使得其合成很大程度上依赖于基底的表面性质，因此目前大多数制备块体单晶的方法都无法用来制造大尺寸二维半导体单晶。

【成果简介】

针对这一问题，北京大学的叶堉（通讯作者）等人通过固固相转变和重结晶过程，开发了一种二维单晶的无缝外延生长法，可在非晶绝缘基底上成功制备晶圆级范德华2H二碲化钼半导体。在这一制备过程中，研究人员首先在非晶绝缘晶片中心精心植入单核，并由此触发2H二碲化钼半导体的横向扩张。由此得到的单晶薄膜可完全覆盖2.5厘米级晶片，同时还具有非常有益的均一性。不仅如此，这一制备得到的半导体薄膜还可以自身微模板，进一步进行垂直模式的快速外延。器件研究表明，基于这一2H二碲化钼单晶制造的晶体管阵列展现出了良好的电学性能以及100%的器件产率。综合研究成果，作者认为该工作为范德华二维半导体的工业化提供了新的思路和可能性。这一研究打破了对硼基催化剂的传统认知，为丙烷有氧脱氢制丙烯的工业化提供了新的思路。2021年04月09日，相关成果以题为“Seeded 2D epitaxy of large-area single-crystal films of the van der Waals semiconductor 2H MoTe₂”的文章在线发表在Science上。

【图文导读】

图1 单晶2H二碲化钼晶圆的晶种生长

图2 晶种区域的TEM表征

图3 晶圆级单晶2H二碲化钼的EBSD表征

图4 基于单晶2H二碲化钼薄膜制造的FET器件的电学表征

文献链接：Seeded 2D epitaxy of large-area single-crystal films of the van der Waals semiconductor 2H MoTe₂（Science, 2021, DOI: 10.1126/science.abf5825）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

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