石墨烯辅助金属转移技术成功率达到100% 晶圆级范德华接触阵列研究获进展
二维范德华材料是一大类具有多种电子性质的材料，这种多样性能够互相结合组成具有新特性和潜在应用的异质结构。范德华半导体的出现，具有能在晶圆尺度上均匀生长并高保真地转移到任意衬底上的能力，为在人工堆叠结构中合理设计电子和光子色散开辟了新的途径。基于新结构和新原理的二维半导体器件展现出广泛的应用前景，有望解决硅基器件在极限尺寸下面临的问题。
随着集成电路逐步进入非硅时代，开发适用于二维材料的半导体先进制程工艺需求颇为迫切。然而，二维材料原子级厚度使其在半导体先进制程中显得过分脆弱。特别在金属电极生长工艺中，溅射离子轰击、残留化学污染、较高工艺温度等因素均易对二维材料造成损伤或无意掺杂，形成非理想金属/二维半导体界面，使二维半导体器件实际性能与预期性能存在差异。因此，针对高性能二维半导体器件研制，亟需发展一种具有普适性的电极制作工艺，能够实现任意金属与二维材料的高质量欧姆或肖特基接触。
中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室狄增峰研究团队，以锗基石墨烯晶圆作为预沉积衬底生长金属电极阵列，并利用石墨烯与金属之间较弱的范德华作用力，实现了任意金属电极阵列(如铜、银、金、铂、钛和镍)无损转移，转移成功率达到100%，转移面积达到4英寸。原子力显微镜、截面扫描透射电镜证明了剥离后的金属表面呈现无缺陷的原子级平整。
铜、银、金、铂、钛和镍六种金属电极阵列均可以转印至二硫化钼(mos2)沟道材料上，形成理想的金属/半导体界面，并观测到理论预测下的肖特基势垒高度调控行为。研究团队进一步通过选择功函数匹配的金属电极，制备出低接触电阻的mos2晶体管器件阵列。mos2晶体管器件阵列具有良好的性能一致性，开关比超过106。
研究中的石墨烯辅助金属转移技术提供了一个可靠的制造晶圆级范德华金属-半导体接触的平台，有望应用于高性能电子和光电子器件的开发。相关研究成果以graphene-assisted metal transfer printing for wafer-scale integration of metal electrodes and two-dimensional materials为题，发表在《自然-电子学》(nature electronics)上。
(资料来源：上海微系统与信息技术研究所)
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