近日，山東大學集成電路學院李虎教授和宋愛民教授團隊在面向新一代異構集成芯片的二維過渡金屬硫化物(Transition Metal Dichalcogenides, TMDCs)大規模、超潔凈干法轉移中取得重要進展，相關成果以“Large-scale and ultraclean dry-transfer of two-dimensional materials via liquid nitrogen-assisted cryogenic exfoliation”為題發表在電子領域頂刊Nano Letters(IF: 9.6)。李虎教授為論文獨立通訊作者，博士研究生鄭曉曉為論文第一作者，山東大學為論文第一完成單位。
 

　　在新一代異構集成芯片研究中，二維TMDCs因其可調的帶隙、優異的電學/光學特性以及獨特的量子限域效應，已成為后摩爾時代高性能電子器件(如超薄場效應晶體管)、光電器件(如光電探測器、發光二極管)以及三維集成架構極具潛力的候選材料。實現其實際應用的關鍵步驟之一，是將高質量、大面積生長的TMDC薄膜無損且潔凈地轉移到目標襯底上。傳統的濕法轉移方法雖然高效，但化學刻蝕劑會破壞TMDCs的性能。此外，由于轉移過程需要使用聚合物作為支撐層，也會不可避免地對二維TMDC表面造成污染以及摻雜，嚴重影響TMDC的電學性能。因此，開發一種免受聚合物污染且不涉及化學刻蝕劑的物理轉移方法，對于推進二維TMDC的基礎研究與器件應用至關重要。
 

 

　　針對目前轉移過程中存在的聚合物污染等問題，研究團隊提出了一種通過加入保護層以及液氮輔助剝離的干法轉移策略，用于實現TMDC的大規模和超潔凈轉移。該轉移策略不僅可以保護二維TMDC免受殘留聚合物的污染，而且還避免了樣品在轉移過程中可能出現的損傷，如裂紋和褶皺，從而有效地保留了TMDC的電學性能。以n型單層三角二硫化鉬為例，轉移后的二硫化鉬展現出優異的電學性能，其載流子遷移率達到38.4 cm2V-1s-1，遠優于沒有保護層直接轉移的二硫化鉬的電學性能(2.3 cm2V-1s-1)。此外，該轉移方法具有通用性，不僅可以轉移三角型單層TMDC和大面積連續TMDC薄膜，而且還可以用于制備不同堆疊角度的異質結和同質結，為TMDCs在未來超小型化電子器件技術中的集成提供了新的可能性。
 

　　本研究得到了國家重點研發計劃(2022YFA1405200、2022YFB3603900)、國家自然科學基金(62074094)、山東省科技廳(2022HWYQ-060、ZR2021QE148、SDCX-ZG-202400293)、廣東省科技廳(2023A0505050087、2023A1515011218、2022A1515011473)、山東大學齊魯青年學者等項目支持。