中国团队成功实现12英寸二维半导体晶圆批量制备技术！

近日，《科学通报》以《模块化局域元素供应技术批量制备12英寸过渡金属硫族化合物》为题，在线发表了松山湖材料实验室/北京大学教授刘开辉、中国科学院院士王恩哥团队，松山湖材料实验室/中国科学院物理研究所研究员张广宇团队及合作者最新研究成果。

研究团队提出模块化局域元素供应生长技术，成功实现了半导体性二维过渡金属硫族化合物晶圆批量化高效制备，晶圆尺寸可从2英寸扩展至与现代半导体工艺兼容的12英寸，有望推动二维半导体材料由实验研究向产业应用过渡，为新一代高性能半导体技术发展奠定了材料基础。2023年7月4日，相关研究以“模块化局域元素供应技术批量制备12英寸过渡金属硫族化合物”（Modularized Batch Production of 12-inch Transition Metal Dichalcogenides by Local Element Supply）为题，在线发表于《科学通报》（Science Bulletin）。

二维半导体是一种新兴半导体材料，具有优异的物理化学性质，如层数依赖的可调带隙、自旋-谷锁定特性、超快响应速度、高载流子迁移率、高比表面积等，因此成为新一代高性能电子、光电器件等变革性技术应用中的重要候选材料。二维半导体材料以单层过渡金属硫族化合物为代表。

与传统半导体发展路线类似，晶圆材料是推动二维半导体技术迈向产业化的根基。如何实现批量化、大尺寸、低成本制备二维半导体晶圆是亟待解决的科学问题。研究人员提出了一种全新的模块化局域元素供应生长策略，实现了二维半导体最大到12英寸晶圆的批量化制备。

图a. 松山湖材料实验室大尺寸单晶中试产线；b. 2-12英寸MoS2晶圆照片。

为了解决批量化制备的难题，研究人员在单层过渡金属硫族化合物制备过程中，实验设计将所需的多种前驱体与生长衬底以“面对面”模式组装构成单个生长模块。过渡金属元素与硫族元素按精确比例局域供应至生长衬底，实现单层过渡金属硫族化合物晶圆的高质量制备。多个生长模块可通过纵向堆叠组成阵列结构，实现多种尺寸晶圆薄膜的低成本批量化制备。

该研究成果为二维半导体晶圆的大尺寸、规模化制备提供了一种全新的技术方案，有望推动二维半导体走向产业应用。

松山湖材料实验室在前沿科学研究和创新样板工厂两大核心板块都布局了二维半导体方向的研究。近三年来，轻元素先进材料与器件团队和二维材料团队针对二维半导体晶圆制备和规模化器件构筑取得了系列进展，在国际上引起了广泛关注。

据了解，研究工作中用到的关键装备——大尺寸单晶中试产线——是松山湖材料实验室轻元素先进材料与器件团队在实验室创新样板工厂项目和广东省重点领域研发计划项目支持下建设的面向单晶二维材料及单晶金属箔材料产业转化的中试生产装备，能够生产各类大尺寸单晶二维材料和单晶金属箔材料，具备10000片/年/台的生产能力；电学器件加工与测试则基于松山湖材料实验室公共技术平台下设的微加工与器件子平台，其规划超净实验室面积超过1000平方米，具备器件级全流程微纳加工工艺整合开发测试能力。