【仪表网 研发快讯】近日，山东大学集成电路学院李虎教授和宋爱民教授团队在面向新一代异构集成芯片的二维过渡金属硫化物(Transition Metal Dichalcogenides, TMDCs)大规模、超洁净干法转移中取得重要进展，相关成果以“Large-scale and ultraclean dry-transfer of two-dimensional materials via liquid nitrogen-assisted cryogenic exfoliation”为题发表在电子领域顶刊Nano Letters(IF: 9.6)。李虎教授为论文独立通讯作者，博士研究生郑晓晓为论文第一作者，山东大学为论文第一完成单位。
在新一代异构集成芯片研究中，二维TMDCs因其可调的带隙、优异的电学/光学特性以及独特的量子限域效应，已成为后摩尔时代高性能电子器件(如超薄场效应晶体管)、光电器件(如光电探测器、发光二极管)以及三维集成架构极具潜力的候选材料。实现其实际应用的关键步骤之一，是将高质量、大面积生长的TMDC薄膜无损且洁净地转移到目标衬底上。传统的湿法转移方法虽然高效，但化学刻蚀剂会破坏TMDCs的性能。此外，由于转移过程需要使用聚合物作为支撑层，也会不可避免地对二维TMDC表面造成污染以及掺杂，严重影响TMDC的电学性能。因此，开发一种免受聚合物污染且不涉及化学刻蚀剂的物理转移方法，对于推进二维TMDC的基础研究与器件应用至关重要。
针对目前转移过程中存在的聚合物污染等问题，研究团队提出了一种通过加入保护层以及液氮辅助剥离的干法转移策略，用于实现TMDC的大规模和超洁净转移。该转移策略不仅可以保护二维TMDC免受残留聚合物的污染，而且还避免了样品在转移过程中可能出现的损伤，如裂纹和褶皱，从而有效地保留了TMDC的电学性能。以n型单层三角二硫化钼为例，转移后的二硫化钼展现出优异的电学性能，其载流子迁移率达到38.4 cm2V-1s-1，远优于没有保护层直接转移的二硫化钼的电学性能(2.3 cm2V-1s-1)。此外，该转移方法具有通用性，不仅可以转移三角型单层TMDC和大面积连续TMDC薄膜，而且还可以用于制备不同堆叠角度的异质结和同质结，为TMDCs在未来超小型化电子器件技术中的集成提供了新的可能性。
本研究得到了国家重点研发计划(2022YFA1405200、2022YFB3603900)、国家自然科学基金(62074094)、山东省科技厅(2022HWYQ-060、ZR2021QE148、SDCX-ZG-202400293)、广东省科技厅(2023A0505050087、2023A1515011218、2022A1515011473)、山东大学齐鲁青年学者等项目支持。
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