调制掺杂MoS2 场效应晶体管批量制备技术及其在集成电路中的应用

本研究针对二维材料MoS2 场效应晶体管(FET)的规模化制备难题，开发了调制掺杂批量生产工艺，成功实现高性能器件集成。该技术为下一代低功耗电子器件提供了可扩展的解决方案，推动了二维半导体在集成电路领域的实用化进程。

　　

二维过渡金属硫化物(TMDs)如二硫化钼(MoS₂
)因其原子级厚度和优异电学性能，被视为后硅时代电子器件的理想候选材料。然而，现有制备技术存在掺杂不均匀、器件性能波动大等问题，严重制约其规模化应用。传统离子注入掺杂方法会破坏MoS₂
的晶格结构，而表面电荷转移掺杂又难以实现精确调控。如何开发可批量制备高性能MoS₂
场效应晶体管(FET)的工艺技术，成为二维半导体走向实际应用的关键瓶颈。

武汉大学研究人员在《Science Bulletin》发表研究，通过创新性设计调制掺杂工艺，实现了MoS₂
FET的批量制备与性能优化。研究采用化学气相沉积(CVD)法生长晶圆级MoS₂
薄膜，结合原子层沉积(ALD)技术构建介电层，开发了非破坏性的表面电荷转移掺杂方法。通过系统研究掺杂浓度与器件性能的关联规律，建立了工艺-结构-性能的调控模型。

主要技术方法
研究使用CVD法制备4英寸晶圆级MoS₂
薄膜，通过ALD沉积Al₂
O₃
介电层，采用自组装单分子层(SAMs)实现表面电荷转移掺杂。电学表征包含传输特性曲线、场效应迁移率、开关比等参数测试，所有数值计算在武汉大学超算中心完成。

研究结果

1. 材料表征：通过拉曼光谱和原子力显微镜(AFM)确认MoS₂
   单层厚度(0.7 nm)，X射线光电子能谱(XPS)证实掺杂元素均匀分布。
2. 电学性能：调制掺杂器件展现高达120 cm²
   /(V·s)的场效应迁移率，开关比>10⁶
   ，优于传统掺杂方法30%。
3. 均匀性分析：在4英寸晶圆上制备的100个器件，阈值电压标准差<0.1 V，证实工艺的可靠性。

结论与意义
该研究建立了可扩展的MoS₂
FET批量制备技术路线，解决了二维半导体掺杂均匀性难题。通过表面电荷转移掺杂实现了非破坏性载流子调控，为开发高性能二维电子器件提供了新范式。研究成果得到国家自然科学基金(92464303等)和苏州实验室开放基金支持，对推动我国在新型半导体材料领域的自主创新具有重要意义。