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30日，記者從東南大學(xué)獲悉，該校物理學(xué)院教授王金蘭團隊聯(lián)袂南京大學(xué)教授王欣然團隊，基于金屬有機化學(xué)氣相沉積技術(shù)，通過氧輔助策略精準調(diào)控生長動力學(xué)，解決了傳統(tǒng)技術(shù)中碳污染、晶疇尺寸小、遷移率低等挑戰(zhàn)，成功突破了6英寸過渡金屬硫化物二維半導(dǎo)體單晶量產(chǎn)核心技術(shù)難題，為二維半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化邁出關(guān)鍵一步。相關(guān)研究成果1月30日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。

王金蘭介紹，隨著晶體管尺寸逼近物理極限，傳統(tǒng)硅基技術(shù)面臨前所未有的挑戰(zhàn)。以二硫化鉬為代表的二維半導(dǎo)體材料因其優(yōu)異的電學(xué)特性，被視為后摩爾時代最具潛力的非硅新材料。

然而，二維半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)化制備長期以來面臨兩大挑戰(zhàn)。一是需要大尺寸、低對稱性的襯底作為外延模板，保證薄膜的定向生長；二是二維材料的原子級厚度使其對生長動力學(xué)極其敏感。

王金蘭說，針對這些難題，團隊在制備二維半導(dǎo)體的過程中引入氧氣，創(chuàng)新設(shè)計材料生長的預(yù)反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)，在高溫下使氧氣與前驅(qū)體充分預(yù)反應(yīng)，這降低了反應(yīng)過程的能量障礙，使前驅(qū)物反應(yīng)速率提升約1000倍以上。

結(jié)果顯示，新方案使二硫化鉬晶疇的生長速率較傳統(tǒng)方法大幅提升，晶疇平均尺寸從百納米級提升至數(shù)百微米，并沿特定晶向有序排列，解決了二維半導(dǎo)體大面積均勻生長的量產(chǎn)化難題，還可以抑制含碳中間體的形成，從而徹底解決碳污染問題。

王金蘭表示，這一成果不僅驗證了“動力學(xué)調(diào)控提升材料生長質(zhì)量”的理論預(yù)測，更標志著二維半導(dǎo)體單晶量產(chǎn)核心技術(shù)取得實質(zhì)性突破，為其在集成電路、柔性電子及傳感器等領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用奠定了材料基礎(chǔ)。