随着硅基芯片性能逐渐逼近物理极限，全球科学家正积极探寻新的替代方案，以期推动集成电路技术的持续发展。以二硫化钼为代表的二维半导体材料，便是备受关注的方向之一。1月30日，国际顶级学术期刊《科学》在线发表了来自南京大学王欣然、李涛涛团队与东南大学王金兰团队的合作研究成果，他们创新性地研发出“氧辅助金属有机化学气相沉积技术”，成功攻克了大尺寸高质量二硫化钼薄膜规模化制备的技术瓶颈。
王欣然教授介绍说，二硫化钼具有优异的电学特性，前景广阔，但要真正替代成熟的硅基材料并非易事。作为后发材料，二硫化钼需要兼容现有半导体产线的成熟工艺，而金属有机化学气相沉积正是业界主流技术。
“在化学气相沉积过程中，金属有机前驱体受热分解，其反应产物沉积在衬底表面，逐步形成二硫化钼薄膜。”李涛涛解释道。然而，传统的金属有机化学气相沉积技术受反应动力学限制，不仅薄膜生长速度缓慢，而且前驱体分解时会产生含碳杂质，严重影响薄膜的均匀性与电学性能。
为突破这些技术障碍，研究团队经过多年探索，创造性地引入氧气辅助策略，让氧气在高温环境下与前驱体中的碳元素结合，有效减少了碳杂质污染。基于这一全新思路，团队成功制备出了6英寸的高质量二硫化钼晶圆。实验数据表明，薄膜的生长速率较传统方法提升了数百倍，实现了数量级的飞跃。
王欣然表示，团队目前已掌握了二维半导体衬底工程、反应动力学调控等一系列产业化关键技术。考虑到当前硅基半导体产线主要基于12英寸晶圆，团队正加紧研发适用于大面积沉积的新型气相沉积设备，下一步将尝试规模化制备12英寸的二硫化钼单晶薄膜。
《科学》期刊审稿人评价认为，这项研究从根源上解决了传统金属有机化学气相沉积技术长期面临的动力学限制与碳污染难题，为推动二维半导体材料从实验室走向大规模应用奠定了关键基础，具有重要的科学与产业意义。（完）
