中國科學院物理研究所與北京凝聚態物理國家研究中心的張廣宇研究團隊近日取得突破性進展，開發出一種創新的直接晶圓鍵合及解鍵合技術，成功制備出高質量、晶圓級二維半導體疊層結構。這一成果被國際權威期刊《自然·電子學》報道，標志著二維半導體材料在集成電路領域的應用邁出關鍵一步。
二維半導體材料因其獨特的電子特性，被視為下一代集成電路的核心溝道材料。然而，傳統制備方法難以同時實現層數精確控制、轉角均勻性以及晶圓級規?；a。研究團隊通過直接鍵合-解鍵合技術，在真空或惰性氣體手套箱環境中完成操作，避免了介質轉移帶來的污染問題，成功構建出表面超潔凈、層間轉角均勻的二維半導體疊層。
實驗表明，該技術以藍寶石襯底上外延生長的單層二硫化鉬、二硒化鉬等二維材料為起點，可靈活制造同質或異質疊層晶圓。通過原子力顯微鏡、掃描透射電子顯微鏡等先進表征手段驗證，制備的疊層結構展現出優異的界面質量，層間轉角偏差控制在晶圓級均勻范圍內。
除疊層制備外，這項技術還實現了單層二維材料從藍寶石到高κ介質襯底的直接轉移。與傳統濕法轉移相比，鍵合-解鍵合工藝保留了材料本征電學性能，制備的場效應晶體管遷移率提升30%以上，開態電流增大25%，閾值電壓波動降低40%，充分證明該技術在器件性能優化方面的顯著優勢。
該技術完全兼容主流半導體制造工藝，為解決二維半導體規?；瘧弥械寞B層構建與材料轉移難題提供了創新方案。業內專家指出，這項突破將有效縮短二維半導體從實驗室研究到產業化的周期，為開發高性能、低功耗的下一代集成電路奠定技術基礎。
