Adv. Electron. Mater: 面向晶圆级的二维过渡金属硫族化合物材料

半导体产业的发展由于尺寸缩小遇到的量子效应瓶颈而急切地呼唤下一代的电子材料。二维材料由于原子级的厚度、在低维下显示出不同于体相材料的崭新的性质、与现有的电子工业工艺能融合的特点，是当今材料研究的热点。而过渡金属硫族化物（Transition Metal Chalcogenides）拥有极优异的性质，例如种类和性质的多样性，能带结构中存在带隙，电子结构的层数可调性，能谷极化导致的偏振态差别，是一种极具潜力的二维半导体电子材料，有望成为新一代光电子器件、量子信息器件和自旋器件的关键组成部分，引起了产学研界广泛的兴趣。而制备晶圆级的二维过渡金属硫族化物是这种材料走向产业应用的关键和具有挑战性的一步。

近日浙江大学杭州国际科创中心先进半导体研究院王佩剑研究员在电子材料领域国际知名期刊Advanced Electronic Materials发表了题为Towards Wafer-Scale Production of Two-Dimensional Transition Metal Chalcogenides的综述文章，系统全面地总结了晶圆级二维过渡金属硫族化物材料的最新进展。

【图文导读】

本文开篇总结了二维过渡金属硫族化物的优异的性质和从其他二维材料中脱颖而出的原因。随后，作者总结了当今生长晶圆级二维过渡金属硫族化物的各种方法、生长机制、生长尺寸、晶体质量、器件性质，并分析了不同方法各自的优势和劣势。随即，作者分析了晶圆级生长的各种调控因素，例如晶畴尺寸、表面形貌、层数、相结构等，并分别分析和提出了调控的策略。然后，作者展现了现有的晶圆级二维过渡金属硫族化物的器件应用和关键指标，主要是电子学应用、光电子学应用和其他的一些应用，并提出了一些优化的策略。最后，作者指出了晶圆级二维过渡金属硫族化物面临的主要挑战（例如单晶性、生长装置和条件的创新、材料种类和应用的扩充、异质结直接生长等），提出了未来晶圆级材料的优化思路和发展方向。

近年来不同方法生长TMC最大尺寸变化气泡示意图：

方法示例：MOCVD

对于晶畴尺寸大小的控制：

晶圆级二维过渡金属硫族化物电子学器件应用：

晶圆级二维过渡金属硫族化物光电子学及其他应用：

总而言之，该综述及时详细总结了当今晶圆级二维过渡金属硫族化物的生长和应用，其中一些富有独创性的视角和评述，为该领域的发展提供了见解、指明了动向。

浙大杭州科创中心先进半导体研究院聚半导体领域的国际前沿和重大科学问题，瞄准国家在信息、能源等领域的重大战略需求，依托长三角区域领先的产业优势、浙江大学雄厚的科研实力和杭州科创中心创新的体制机制，着力打造一个国内领先、国际先进的前沿技术创新研发平台，推动产学研深度融合发展。前沿交叉研究组隶属于先进半导体研究院半导体材料研究室，主要研究方向是二维材料和宽禁带半导体前沿交叉方向及两者形成异质结在紫外光电探测上的应用， 并且和研究室内其他方向上展开合作。研究组依托科创中心和浙江大学硅材料国家重点实验室以及微纳加工平台等强大平台，拥有等离子增强化学气相沉积，脉冲激光沉积、薄膜沉积系统等先进设备。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aelm.202100278

【作者介绍】

王佩剑研究员在北京大学元培学院, 美国University of Pennsylvania, 美国University of Massachusetts, Amherst分别获得物理学学士、材料科学与工程硕士、物理学博士学位，随后在美国纽约州立大学(Buffalo)物理系做博士后研究。2021年加入浙江大学国际科创中心先进半导体研究院。近三年来在ACS Nano, Nano Lett., Appl.Phys.Rev., Nat. Comm., Adv.Mater., Chem. Sci.等国际权威期刊发表论文12篇(8篇中科院一区)，其中第一作者/共同一作7篇，申请2项专利。主持国家自然科学基金青年基金一项（在研）。受邀为J. Magn. Magn. Mater.、Nanoscale、JPCC等国际刊物审稿。