隨着硅基芯片性能逼近物理極限，全球科學家正在尋找替代方案，以二硫化鉬為代表的二維半導體就是其中之一。30日，國際頂級學術期刊《科學》在線發表南京大學王欣然、李濤濤團隊與東南大學王金蘭團隊合作論文，他們創新研發“氧輔助金屬有機化學氣相沉積技術”，突破了制約大尺寸二硫化鉬薄膜規模化製備的技術難題。

王欣然介紹，二硫化鉬電學性能優異，但想替代硅基材料並不容易。作為後來者，二硫化鉬需適應現有半導體產線的成熟工藝，也就是金屬有機化學氣相沉積技術。

“在氣相沉積過程中，金屬有機前驅體受熱分解，反應產物附着在襯底表面，形成二硫化鉬薄膜。”李濤濤說，然而，傳統的金屬有機化學氣相沉積技術受反應動力學限制，不僅薄膜生長速率慢，而且前驅體在分解時會產生含碳雜質，嚴重影響薄膜質量。

為解決這些難題，團隊經多年研究，提出引入氧氣輔助，讓氧氣在高溫環境下與前驅體中的碳元素相結合，減少碳污染。按照該思路，團隊試製了6英寸二硫化鉬薄膜，實驗結果顯示，薄膜生長速率較傳統方法提升兩到三個數量級。

王欣然表示，目前團隊已掌握二維半導體襯底工程、動力學調控等產業化關鍵技術。由於硅基半導體產線主要使用12英寸薄膜，團隊正加緊研發新型氣相沉積設備，下一步將嘗試規模化製備12英寸二硫化鉬薄膜。

《科學》審稿人認為，此次研究攻克了傳統金屬有機化學氣相沉積技術長期難以解決的動力學限制與碳污染難題，對加快推動二維半導體從實驗室走向生產線具有重要意義。