Adv. Electron. Mater: 面向晶圓級的二維過渡金屬硫族化合物材料

半導體產業的發展由于尺寸縮小遇到的量子效應瓶頸而急切地呼喚下一代的電子材料。二維材料由于原子級的厚度、在低維下顯示出不同于體相材料的嶄新的性質、與現有的電子工業工藝能融合的特點，是當今材料研究的熱點。而過渡金屬硫族化物（Transition Metal Chalcogenides）擁有極優異的性質，例如種類和性質的多樣性，能帶結構中存在帶隙，電子結構的層數可調性，能谷極化導致的偏振態差別，是一種極具潛力的二維半導體電子材料，有望成為新一代光電子器件、量子信息器件和自旋器件的關鍵組成部分，引起了產學研界廣泛的興趣。而制備晶圓級的二維過渡金屬硫族化物是這種材料走向產業應用的關鍵和具有挑戰性的一步。

近日浙江大學杭州國際科創中心先進半導體研究院王佩劍研究員在電子材料領域國際知名期刊Advanced Electronic Materials發表了題為Towards Wafer-Scale Production of Two-Dimensional Transition Metal Chalcogenides的綜述文章，系統全面地總結了晶圓級二維過渡金屬硫族化物材料的最新進展。

【圖文導讀】

本文開篇總結了二維過渡金屬硫族化物的優異的性質和從其他二維材料中脫穎而出的原因。隨后，作者總結了當今生長晶圓級二維過渡金屬硫族化物的各種方法、生長機制、生長尺寸、晶體質量、器件性質，并分析了不同方法各自的優勢和劣勢。隨即，作者分析了晶圓級生長的各種調控因素，例如晶疇尺寸、表面形貌、層數、相結構等，并分別分析和提出了調控的策略。然后，作者展現了現有的晶圓級二維過渡金屬硫族化物的器件應用和關鍵指標，主要是電子學應用、光電子學應用和其他的一些應用，并提出了一些優化的策略。最后，作者指出了晶圓級二維過渡金屬硫族化物面臨的主要挑戰（例如單晶性、生長裝置和條件的創新、材料種類和應用的擴充、異質結直接生長等），提出了未來晶圓級材料的優化思路和發展方向。

近年來不同方法生長TMC最大尺寸變化氣泡示意圖：

方法示例：MOCVD

對于晶疇尺寸大小的控制：

晶圓級二維過渡金屬硫族化物電子學器件應用：

晶圓級二維過渡金屬硫族化物光電子學及其他應用：

總而言之，該綜述及時詳細總結了當今晶圓級二維過渡金屬硫族化物的生長和應用，其中一些富有獨創性的視角和評述，為該領域的發展提供了見解、指明了動向。

浙大杭州科創中心先進半導體研究院聚半導體領域的國際前沿和重大科學問題，瞄準國家在信息、能源等領域的重大戰略需求，依托長三角區域領先的產業優勢、浙江大學雄厚的科研實力和杭州科創中心創新的體制機制，著力打造一個國內領先、國際先進的前沿技術創新研發平臺，推動產學研深度融合發展。前沿交叉研究組隸屬于先進半導體研究院半導體材料研究室，主要研究方向是二維材料和寬禁帶半導體前沿交叉方向及兩者形成異質結在紫外光電探測上的應用， 并且和研究室內其他方向上展開合作。研究組依托科創中心和浙江大學硅材料國家重點實驗室以及微納加工平臺等強大平臺，擁有等離子增強化學氣相沉積，脈沖激光沉積、薄膜沉積系統等先進設備。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aelm.202100278

【作者介紹】

王佩劍研究員在北京大學元培學院, 美國University of Pennsylvania, 美國University of Massachusetts, Amherst分別獲得物理學學士、材料科學與工程碩士、物理學博士學位，隨后在美國紐約州立大學(Buffalo)物理系做博士后研究。2021年加入浙江大學國際科創中心先進半導體研究院。近三年來在ACS Nano, Nano Lett., Appl.Phys.Rev., Nat. Comm., Adv.Mater., Chem. Sci.等國際權威期刊發表論文12篇(8篇中科院一區)，其中第一作者/共同一作7篇，申請2項專利。主持國家自然科學基金青年基金一項（在研）。受邀為J. Magn. Magn. Mater.、Nanoscale、JPCC等國際刊物審稿。