UNIST开发原子级半导体材料定制化工艺技术

在低温条件下，能够以原子层厚度均匀且稳定地沉积薄膜的工艺技术已经被开发出来。

上排从左起为研究员 Ko Kyungmin、共同第一作者兼研究员 Lee Ukhee、研究员 Cho Hanbin，下排从左起为教授 Seo Junki、第一作者兼研究员 Kim Seongyeon。

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UNIST（总长 Lee Yonghoon）半导体材料与部件研究生院和新材料工程系 Seo Junki 教授团队，与中国科学院深圳先进技术研究院 Feng Ding 教授、世宗大学 Kim Seongkyu 教授、UNIST Jung Changwook 教授团队合作，利用有机金属化学气相沉积法（Metal-organic chemical vapor deposition, MOCVD），在200摄氏度的低温下，针对不同锡硒化物材料分别设计了定制化工艺，开发出一种能够在晶圆尺度的大面积上沉积超薄薄膜的薄膜沉积工艺。

有机金属化学气相沉积法是一种利用参与化学反应的气相前驱体、具有优异精密度的下一代工艺方法。即便是作为半导体材料的晶圆这类大面积基板，也可以进行薄膜沉积。但为了合成反应物，需要在650摄氏度以上的高温下分解配体。

研究团队将有机金属化学气相沉积法应用于目前在电子器件、光学器件、热电器件等多个领域中被研究的两种锡硒化物材料（SnSe2、SnSe）。两种锡硒化物薄膜均在晶圆尺度上实现了数纳米级厚度的均匀沉积。

为实现低温沉积，研究团队将配体分解的温度区间与薄膜沉积的温度区间在物理上加以分离，并通过调节沉积过程中所用锡和硒前驱体的比例，以及精确控制输运前驱体的氩气流量来实现。

以此方式制备的薄膜具有较高的结晶性，即呈规则排列。在沉积过程中，还可以控制材料的相（phase）和厚度。尽管使用了有机金属化学气相沉积法，仍然能够在约200摄氏度的低温下，不受基板种类限制，实现均匀沉积。

研究团队将开发出的工艺应用于整片晶圆。两种薄膜在晶圆全范围内均保持化学组成不变并具有高结晶性，同时实现了原子层级厚度调控和均匀沉积。这表明所开发的工艺方法可在多种电子器件中实现大面积应用。

第一作者研究员 Kim Seongyeon 表示：“本研究克服了传统有机金属化学气相沉积法的局限，在不改变多相体系材料化学组成的前提下，实现了其在大面积上的沉积。今后不仅有助于锡硒化物薄膜材料本身的研究，也可拓展应用于多种电子器件。”

Seo Junki 教授表示：“本研究是一个基于半导体薄膜材料相（phase）特有的热力学与动力学行为，提出工艺策略的案例。从成功开发面向下一代半导体材料的定制化工艺这一点来看，将加速相关电子器件应用研究。”

展示本研究内容的《Advanced Materials》期刊封面提案图像。

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该研究成果已于4月10日在线发表在纳米科学领域国际学术期刊《Advanced Materials》上。研究工作得到了科学技术信息通信部韩国研究财团优秀新进研究项目、下一代智能半导体技术开发（器件）项目以及蔚山科学技术院等机构的资助。

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