西湖大学工学院孔玮团队提出基于高介电常数氧化物的干法转移策略

西湖大学工学院孔玮团队在二维半导体器件领域取得重要突破, 提出了一种基于高介电常数氧化物的干法转移策略, 实现了晶圆级单晶二硫化钼(MoS2)薄膜在柔性基底上的无损集成. 该方法通过氧化物介质层增强界面结合力, 避免了传统湿法转移中的有机残留问题, 从而有效提升了材料性能. 研究制备的柔性场效应晶体管阵列展现出优异的电学性能和良好的晶圆级均匀性, 关键指标达到同类器件的先进水平. 此外, 团队还构建了基于二硫化钼的柔性逻辑反相器和有源矩阵触觉传感阵列, 并成功集成到软体机器人手爪上, 实现了高分辨率实时压力映射.
该研究解决了传统大面积柔性薄膜晶体管体系中普遍存在的迁移率有限, 漏电流高和器件均匀性不足等问题, 为高性能柔性逻辑电路与智能感知系统的集成应用提供了技术路径. 研究显示, 单晶二维材料在下一代柔性电子器件中具有巨大潜力, 相关成果发表于.
研究团队首先在蓝宝石衬底上生长出4英寸单晶MoS2薄膜, 然后覆盖特殊设计的氧化物结构, 实现整体“揭起”并转移到柔性基底上, 同时原位完成晶体管关键结构的构建, 大幅提升了制造效率. 转移后的薄膜在柔性基底上依然保持完整连续, 低能电子衍射表明其单晶特性在转移前后保持一致. 该方法不仅适用于MoS2, 还推广至WS2和WSe2等多种材料, 确保了高质量二维半导体材料在高性能柔性电子中的应用.
实验数据证明, 使用该工艺制备的MoS2晶体管的场效应迁移率达到了117cm2 V1s1, 远超湿法转移工艺器件. 此外, 这些器件在半径仅为5mm的剧烈弯折下, 经过100次循环测试后迁移率保持率仍超过98%, 展示了卓越的机械鲁棒性和长寿命稳定性.