中國科學(xué)院物理研究所與北京凝聚態(tài)物理國家研究中心的張廣宇研究團隊近日取得突破性進展，開發(fā)出一種創(chuàng)新的直接晶圓鍵合及解鍵合技術(shù)，成功制備出高質(zhì)量、晶圓級二維半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)。這一成果被國際權(quán)威期刊《自然·電子學(xué)》報道，標志著二維半導(dǎo)體材料在集成電路領(lǐng)域的應(yīng)用邁出關(guān)鍵一步。

二維半導(dǎo)體材料因其獨特的電子特性，被視為下一代集成電路的核心溝道材料。然而，傳統(tǒng)制備方法難以同時實現(xiàn)層數(shù)精確控制、轉(zhuǎn)角均勻性以及晶圓級規(guī)?；a(chǎn)。研究團隊通過直接鍵合-解鍵合技術(shù)，在真空或惰性氣體手套箱環(huán)境中完成操作，避免了介質(zhì)轉(zhuǎn)移帶來的污染問題，成功構(gòu)建出表面超潔凈、層間轉(zhuǎn)角均勻的二維半導(dǎo)體疊層。

實驗表明，該技術(shù)以藍寶石襯底上外延生長的單層二硫化鉬、二硒化鉬等二維材料為起點，可靈活制造同質(zhì)或異質(zhì)疊層晶圓。通過原子力顯微鏡、掃描透射電子顯微鏡等先進表征手段驗證，制備的疊層結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出優(yōu)異的界面質(zhì)量，層間轉(zhuǎn)角偏差控制在晶圓級均勻范圍內(nèi)。

除疊層制備外，這項技術(shù)還實現(xiàn)了單層二維材料從藍寶石到高κ介質(zhì)襯底的直接轉(zhuǎn)移。與傳統(tǒng)濕法轉(zhuǎn)移相比，鍵合-解鍵合工藝保留了材料本征電學(xué)性能，制備的場效應(yīng)晶體管遷移率提升30%以上，開態(tài)電流增大25%，閾值電壓波動降低40%，充分證明該技術(shù)在器件性能優(yōu)化方面的顯著優(yōu)勢。

該技術(shù)完全兼容主流半導(dǎo)體制造工藝，為解決二維半導(dǎo)體規(guī)模化應(yīng)用中的疊層構(gòu)建與材料轉(zhuǎn)移難題提供了創(chuàng)新方案。業(yè)內(nèi)專家指出，這項突破將有效縮短二維半導(dǎo)體從實驗室研究到產(chǎn)業(yè)化的周期，為開發(fā)高性能、低功耗的下一代集成電路奠定技術(shù)基礎(chǔ)。