过渡金属二硫化物(TMD)是一种基于过渡金属和硫属元素的化合物,具有良好的电子和机械性能,目前在基础材料和器件开发方面取得了不少重要进展。二维(2D)材料与不同衬底(包括金属、绝缘体和其他二维材料)之间的界面特性是决定二维场效应晶体管(FET)性能和可靠性的关键。由于2D TMD材料和基板界面处的黏附能力(interfacial adhesion energy,IAE)较弱,且传统的光刻工艺(如:光化学反应和化学蚀刻)往往会损坏原子薄材料,在整个晶圆上实现可靠的器件集成仍然是一个挑战,2D TMD尚未被用于大规模制造晶体管。
韩国三星电子和美国芝加哥大学的研究团队开发出一种制造方法,可以在晶圆级尺度上可靠地集成基于TMD的场效应晶体管。研究团队表明2D材料和不同基材之间的IAE值可以使用四点弯曲法(four-point bending method)进行量化,并开发了用于图案化MoS2的黏附光刻工艺。新方法基于光刻技术,是一种在不同材料样品之间形成纳米级间隙的创新技术。研究人员使用这种方法在六英寸晶圆上制造了超过10000个?MoS2 FET,产率约为100%。
未来研究人员将进一步完善和改进该制造方法,以实现TMD基FET的大规模制造。
论文信息:Van Luan Nguyen, Minsu Seol, Junyoung Kwon, et al. Wafer-scale integration of transition metal dichalcogenide field-effect transistors using
adhesion lithography [J]. Nature Electronics, 2022. https://www.nature.com/articles/s41928-022-00890-z