近日，國防科技大學和中國科學院金屬研究所聯合研究團隊在新型高性能二維半導體晶圓級生長和可控摻雜領域取得重要突破，有望為后摩爾時代自主可控的芯片技術提供關鍵材料和器件支撐。相關成果近日在線發表于國際頂級期刊《國家科學評論》。
據介紹，原子級厚度的二維半導體因遷移率高、帶隙可調、柵控能力強，被視為后摩爾時代芯片材料的核心候選。然而，晶格缺陷誘導的自發電子摻雜和費米能級釘扎效應，使現有二維半導體材料體系長期呈現N型材料多、P型材料少，以及N型材料性能好，P型材料性能差的結構性失衡問題。
研究團隊建立了以液態金/鎢雙金屬薄膜為襯底的化學氣相沉積方法，實現了晶圓級、摻雜可調的單層WSi2N4（氮化鎢硅）薄膜的可控生長。新的制備方法讓二維材料的單晶區域尺寸達到了亞毫米級別，生長速率較已有文獻報道值高出約1000倍。在晶體管性能方面，單層WSi2N4不僅空穴遷移率高、開態電流密度大，強度高、散熱好，化學性質也很穩定，綜合性能在同類二維材料中表現突出。
該研究結果表明，單層WSi2N4在二維半導體CMOS集成電路中具有廣闊的應用前景，有望為后摩爾芯片技術開辟新的途徑。
