模块化局域元素供应技术批量制备12英寸过渡金属硫族化合物

二维过渡金属二硫族化合物(TMDs)因其原子级厚度、高载流子迁移率和超快电荷转移等优点而被认为是下一代半导体器件的核心材料.与传统半导体工业类似,晶圆级TMDs材料的批量生产是其集成电路发展的先决条件.然而,由于生长过程中需要严格满足多种前驱体的有效传输,TMDs晶圆的制备能力通常局限在每批次单片和小片(主要尺寸为2~4英寸).本研究开发了一种用于批量生产晶圆级TMDs的模块化生长策略,可以制造从2英寸(每批15片)到突破性的12英寸(每批3片)的TMDs晶圆.其中,每个模块包括供应TMDs晶圆生长的自充足的局域前驱体供应单元,通过将多个模块堆叠组装形成阵列可实现批量化制备.利用包括光谱学、电子显微镜和电学测量在内的多种表征技术,可以证明制得的单层薄膜具有高结晶度和大面积均匀性.此外,该模块化单元可以将制备的晶圆级MoS_(2)取代转换为多种结构,例如,Janus型MoSSe结构,MoS_(2(1-x))Se_(2x)合金以及MoS_(2)-MoSe_(2)平面异质结等,充分体现了本制备策略的可扩展性.本研究展现了高质量和高产量的晶圆批量生产能力,有望推动二维半导体从实验室规模到工业化规模的无缝过渡,实现与传统硅基技术的互补.