UNIST与延世大学开发基于环保溶剂的二维半导体直接图案化工艺

Published 18 Sep.2025 09:13(KST)

防止半导体材料损伤、降低工艺毒性…半导体器件制备获实证

有望助力开发基于二维半导体材料的低功耗高速运算芯片，刊登于《Advanced Materials》

出现了一项无需复杂工艺即可在基板上绘制二维半导体材料电路的技术。

这是一种将半导体材料与交联剂共同加入环保溶剂中进行图案化的技术。它能够替代有毒有机溶剂，并防止在工艺过程中产生的材料损伤，被视为有望加速高集成度、低功耗下一代半导体芯片商业化的关键工艺技术。

UNIST化学系 Kim Bongsu 教授团队与延世大学 Jo Jungho、Kang Juhun 教授团队联合研究，通过将二硫化钼等二维半导体材料与交联剂共同加入环保溶剂中，开发出一种可在基板上直接进行图案化的技术，并于18日对此进行了介绍。

研究团队成员包括 UNIST 教授 Kim Bongsu、Yonsei University 教授 Jo Jungho 和 Kang Juhun、UNIST 研究员兼第一作者 Cho Wanho，以及 UNIST 研究员 Heo Yuchan。UNIST 提供

二维半导体材料是一类具有类似纸张般层状结构的材料。人们期待其能够提高半导体芯片的集成度并降低功耗，但采用传统半导体工艺，很难在不损伤敏感的二维材料的前提下，对其进行精细加工并印制成电路形态。

研究团队开发的技术，无需经过沉积或刻蚀等高温、化学药品处理工艺，就能直接用二维半导体材料“绘制”出电路。只需将二维纳米材料与交联剂混入环保醇类溶剂中绘制电路，然后照射紫外光即可。当交联剂受到紫外光照射后会硬化，从而将纳米材料固定成电路形态。除电路部分之外的交联剂则可以用水清洗，轻松去除。

找到既能使二维材料均匀分散的环保溶剂，又能在该溶剂中良好溶解的交联剂，是这项工艺技术开发的关键。研究团队通过定量分析方法，选择异丙醇作为溶剂，并在此基础上改变既有叠氮类交联剂的化学结构，使其能够在异丙醇中良好溶解。叠氮类化合物原本并不易溶于醇类溶剂。

采用新工艺制备的二硫化钼晶体管，电子迁移率达到20.2 cm²/V·s，阈值电压为2.0 V，开/关电流比为2.7×10⁷。在由49个晶体管构成的阵列中，各个晶体管之间几乎无性能偏差，并在60天以上保持稳定工作。

研究团队还在同一块基板上同时对p型和n型二维材料进行图案化，成功制作出非门（NOT）、与非门（NAND）、或非门（NOR）逻辑电路以及静态随机存取存储器（SRAM），从而验证了该工艺技术的商业化潜力。

Kim Bongsu 教授表示：“本研究证明了可将用于EL-QD显示器制造的基于交联剂的紫外图案化技术扩展应用到二维半导体材料上”，并称“有望助力开发基于二维半导体材料的下一代低功耗、高速运算半导体芯片”。

以环保溶剂为基础的二维半导体材料直接图案化工艺，以及利用该工艺制备的半导体器件。

本次研究由UNIST研究员 Jo Wanho、延世大学研究员 Kwak Incheol、Kim Sejin 作为第一作者参与，研究成果已刊登在国际学术期刊《Advanced Materials》在线版上，即将正式出版。

本研究在三星未来技术培育项目的资助下完成。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。