基础科学研究院为高集成下一代半导体商业化奠定基础
国内研究团队为高集成度下一代半导体商业化奠定了基础。
基础科学研究院（IBS）5日表示，由成均馆大学 HCR 讲席教授 Lee Younghee 领衔的纳米结构物理研究团研究团队，与美国橡树岭国家实验室组长 Yoon Mina 研究团队开展联合研究，开发出一种全新工艺，可在不留下导致性能下降残留物的情况下制造下一代半导体器件。
为了实现性能进一步提升的下一代半导体，开发具有优异性能的场效应晶体管（FET·Field Effect Transistor）器件至关重要。作为替代硅的理想 FET 材料，兼具优异物理、电学特性和半导体特性的过渡金属二硫属化物（TMD·Transition Metal Dichalcogenide）正备受瞩目。然而，尽管在过去10余年内进行了集中研究，工艺过程中使用的材料残留在器件上、从而削弱性能的问题，一直成为商业化的绊脚石。
在二维半导体器件工艺中，为了转移半导体材料，传统上一直使用绝缘体聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA·Polymethyl Methacrylate）作为支撑体。然而，TMD 半导体材料上残留的 PMMA 会降低器件性能，这一直是棘手难题。学界一直尝试使用多种有机物来寻找可替代 PMMA 的支撑体，但仍然难以避免由残留物引发的电子学和力学损失。
研究团队证实，若用聚丙烯碳酸酯（PPC·Polypropylene Carbonate）支撑体替代 PMMA，可以解决这一问题。研究人员首先合成了具有高集成潜力、尺寸达数厘米的二硫化钼（MoS2）二维半导体材料，并以 PPC 作为支撑体转移该半导体材料。以此方式制备的单层 MoS2 器件中，支撑体 PPC 的残留量低于 0.08%，几乎不会导致性能下降。更进一步，研究团队还解决了既有工艺中单层半导体器件出现起皱的另一问题。研究人员解释称，由于 PPC 与二硫化钼之间的吸附能较小，PPC 容易从半导体表面脱离，因此几乎不会留下残留物。
研究团队制备的 MoS2 FET 器件展现出接近量子极限的 78Ω·?m 的极低欧姆接触电阻、小于 1011 的超高电流开关比，以及不超过 1.4mA/?m 的最大电流值等性能指标，其综合性能优于迄今为止开发的任何器件。
研究团团长表示：“我们提出的洁净二维器件制造工艺，是将大面积 TMD 材料应用为高性能电子器件的理想平台”，“预计利用 PPC 支撑体的二维半导体材料转移技术，今后将被广泛应用于多种二维器件的集成。”
该研究成果于当天刊登在国际学术期刊《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology，影响因子 38.3）上。
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