近日，山東大學(xué)集成電路學(xué)院李虎教授和宋愛民教授團隊在面向新一代異構(gòu)集成芯片的二維過渡金屬硫化物(Transition Metal Dichalcogenides, TMDCs)大規(guī)模、超潔凈干法轉(zhuǎn)移中取得重要進展，相關(guān)成果以“Large-scale and ultraclean dry-transfer of two-dimensional materials via liquid nitrogen-assisted cryogenic exfoliation”為題發(fā)表在電子領(lǐng)域頂刊Nano Letters(IF: 9.6)。李虎教授為論文獨立通訊作者，博士研究生鄭曉曉為論文第一作者，山東大學(xué)為論文第一完成單位。
 

　　在新一代異構(gòu)集成芯片研究中，二維TMDCs因其可調(diào)的帶隙、優(yōu)異的電學(xué)/光學(xué)特性以及獨特的量子限域效應(yīng)，已成為后摩爾時代高性能電子器件(如超薄場效應(yīng)晶體管)、光電器件(如光電探測器、發(fā)光二極管)以及三維集成架構(gòu)極具潛力的候選材料。實現(xiàn)其實際應(yīng)用的關(guān)鍵步驟之一，是將高質(zhì)量、大面積生長的TMDC薄膜無損且潔凈地轉(zhuǎn)移到目標襯底上。傳統(tǒng)的濕法轉(zhuǎn)移方法雖然高效，但化學(xué)刻蝕劑會破壞TMDCs的性能。此外，由于轉(zhuǎn)移過程需要使用聚合物作為支撐層，也會不可避免地對二維TMDC表面造成污染以及摻雜，嚴重影響TMDC的電學(xué)性能。因此，開發(fā)一種免受聚合物污染且不涉及化學(xué)刻蝕劑的物理轉(zhuǎn)移方法，對于推進二維TMDC的基礎(chǔ)研究與器件應(yīng)用至關(guān)重要。
 

 

　　針對目前轉(zhuǎn)移過程中存在的聚合物污染等問題，研究團隊提出了一種通過加入保護層以及液氮輔助剝離的干法轉(zhuǎn)移策略，用于實現(xiàn)TMDC的大規(guī)模和超潔凈轉(zhuǎn)移。該轉(zhuǎn)移策略不僅可以保護二維TMDC免受殘留聚合物的污染，而且還避免了樣品在轉(zhuǎn)移過程中可能出現(xiàn)的損傷，如裂紋和褶皺，從而有效地保留了TMDC的電學(xué)性能。以n型單層三角二硫化鉬為例，轉(zhuǎn)移后的二硫化鉬展現(xiàn)出優(yōu)異的電學(xué)性能，其載流子遷移率達到38.4 cm2V-1s-1，遠優(yōu)于沒有保護層直接轉(zhuǎn)移的二硫化鉬的電學(xué)性能(2.3 cm2V-1s-1)。此外，該轉(zhuǎn)移方法具有通用性，不僅可以轉(zhuǎn)移三角型單層TMDC和大面積連續(xù)TMDC薄膜，而且還可以用于制備不同堆疊角度的異質(zhì)結(jié)和同質(zhì)結(jié)，為TMDCs在未來超小型化電子器件技術(shù)中的集成提供了新的可能性。
 

　　本研究得到了國家重點研發(fā)計劃(2022YFA1405200、2022YFB3603900)、國家自然科學(xué)基金(62074094)、山東省科技廳(2022HWYQ-060、ZR2021QE148、SDCX-ZG-202400293)、廣東省科技廳(2023A0505050087、2023A1515011218、2022A1515011473)、山東大學(xué)齊魯青年學(xué)者等項目支持。