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石墨烯輔助金屬轉移技術成功率達到100% 晶圓級范德華接觸陣列研究獲進展
2022年05月24日 13:39:45
來源：化工儀器網 點擊量：4404
研究中的石墨烯輔助金屬轉移技術提供了一個可靠的制造晶圓級范德華金屬-半導體接觸的平臺，有望應用于高性能電子和光電子器件的開發。
【化工儀器網 項目成果】二維范德華材料是一大類具有多種電子性質的材料，這種多樣性能夠互相結合組成具有新特性和潛在應用的異質結構。范德華半導體的出現，具有能在晶圓尺度上均勻生長并高保真地轉移到任意襯底上的能力，為在人工堆疊結構中合理設計電子和光子色散開辟了新的途徑。基于新結構和新原理的二維半導體器件展現出廣泛的應用前景，有望解決硅基器件在極限尺寸下面臨的問題。
隨著集成電路逐步進入非硅時代，開發適用于二維材料的半導體先進制程工藝需求頗為迫切。然而，二維材料原子級厚度使其在半導體先進制程中顯得過分脆弱。特別在金屬電極生長工藝中，濺射離子轟擊、殘留化學污染、較高工藝溫度等因素均易對二維材料造成損傷或無意摻雜，形成非理想金屬/二維半導體界面，使二維半導體器件實際性能與預期性能存在差異。因此，針對高性能二維半導體器件研制，亟需發展一種具有普適性的電極制作工藝，能夠實現任意金屬與二維材料的高質量歐姆或肖特基接觸。
中國科學院上海微系統與信息技術研究所信息功能材料國家重點實驗室狄增峰研究團隊，以鍺基石墨烯晶圓作為預沉積襯底生長金屬電極陣列，并利用石墨烯與金屬之間較弱的范德華作用力，實現了任意金屬電極陣列(如銅、銀、金、鉑、鈦和鎳)無損轉移，轉移成功率達到100%，轉移面積達到4英寸。原子力顯微鏡、截面掃描透射電鏡證明了剝離后的金屬表面呈現無缺陷的原子級平整。
銅、銀、金、鉑、鈦和鎳六種金屬電極陣列均可以轉印至二硫化鉬(MoS2)溝道材料上，形成理想的金屬/半導體界面，并觀測到理論預測下的肖特基勢壘高度調控行為。研究團隊進一步通過選擇功函數匹配的金屬電極，制備出低接觸電阻的MoS2晶體管器件陣列。MoS2晶體管器件陣列具有良好的性能一致性，開關比超過106。
研究中的石墨烯輔助金屬轉移技術提供了一個可靠的制造晶圓級范德華金屬-半導體接觸的平臺，有望應用于高性能電子和光電子器件的開發。相關研究成果以Graphene-assisted metal transfer printing for wafer-scale integration of metal electrodes and two-dimensional materials為題，發表在《自然-電子學》(Nature Electronics)上。
(資料來源：上海微系統與信息技術研究所)
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