美国宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院的研究人员已实现硅晶圆上高性能二维半导体生长,新型2D材料硒化铟(InSe)可以在足够低的温度下沉积以与硅芯片集成。
报道称,诸多候选2D半导体材料需要如此高的温度才能沉积,从而破坏了底层的硅芯片。其他的可以在与硅兼容的温度下沉积,但它们的电子特性——能耗、速度、精度——缺乏。有些符合温度和性能要求,但无法生长到行业标准尺寸所需的纯度。
宾夕法尼亚大学电气与系统工程系副教授Deep Jariwala和博士后研究员Seunguk Song领导了新的研究,InSe长期以来一直显示出作为先进计算芯片的二维材料的前景,因为它携带的电荷非常好。但事实证明,生产足够大的InSe薄膜很棘手,因为铟和硒的化学性质往往以几种不同的分子比例结合,呈现出每种元素比例不同的化学结构,从而损害其纯度。
该团队使用一种称为“垂直金属有机化学气相沉积”(MOCVD)的生长技术实现了突破性的纯度。之前的研究曾尝试同时引入等量的铟和硒。然而,这种方法是材料中不良化学结构的根源,产生的分子中每种元素的比例不同。相比之下,MOCVD的工作原理是连续输送铟,同时以脉冲形式引入硒。
除了化学纯度之外,该团队还能够控制和排列材料中晶体的方向,通过提供无缝的电子传输环境进一步提高半导体的质量。