北京大學(xué)劉開輝教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種固-液-固（SLS）生長策略，成功制備出5厘米（2英寸）晶圓級(jí)高質(zhì)量二維硒化銦（InSe）半導(dǎo)體薄膜。通過精確控制銦（In）與硒（Se）的1:1化學(xué)計(jì)量比，并利用液態(tài)銦界面促進(jìn)非晶薄膜向單晶轉(zhuǎn)化，解決了傳統(tǒng)方法中相純度低、結(jié)晶性差的難題。基于該材料，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了大規(guī)模集成晶體管陣列，其電學(xué)性能全面超越現(xiàn)有硅基及二維薄膜器件。這也是國際上迄今能效最高的集成二維晶體管，標(biāo)志著我國在新一代高性能芯片材料研究方面取得了里程碑式突破。相關(guān)成果于北京時(shí)間 7 月 18 日 以“Two-dimensional indium selenide wafers for integrated electronics” 為題發(fā)表于Science期刊。論文通訊作者為北京大學(xué)劉開輝教授、姜建峰博士、邱晨光研究員和中國人民大學(xué)劉燦副教授，第一作者為秦彪，姜建峰博士。 材料生長突破： 提出 SLS生長機(jī)制：在550°C高溫下，通過液態(tài)銦密封反應(yīng)室，形成富銦液相界面，驅(qū)動(dòng)非晶InSe溶解-再結(jié)晶，實(shí)現(xiàn)高純度、全晶圓單相InSe薄膜（厚度2.5–30 nm）。 攻克相純度控制：避免In-Se系統(tǒng)中In2Se3等雜相生成，確保化學(xué)計(jì)量比嚴(yán)格為1:1。 器件設(shè)計(jì)創(chuàng)新： 采用釔（Y）摻雜電極抑制費(fèi)米能級(jí)釘扎，實(shí)現(xiàn)超低接觸電阻。 設(shè)計(jì)高效雙柵結(jié)構(gòu)，結(jié)合2.6 nm HfO2介電層，顯著提升柵控效率。 材料特性： 亞閾值擺幅（SS）：平均67.3 mV/dec，接近玻爾茲曼極限（60 mV/dec）。 導(dǎo)通電流密度：892 μA/μm（Vds=3 V，柵極長度480 nm），遠(yuǎn)超同類器件。 10 nm短溝道器件： 彈道輸運(yùn)率：78%，電流密度達(dá)1.2 mA/μm（@V<sub>DS</sub>=0.8 V）。 能效突破：延遲0.39 ps，能量延遲積（EDP）低至5.27×10-29 J·s/μm，超越2037年硅基技術(shù)預(yù)測極限。 綜合優(yōu)勢(shì)： 在電壓、柵長、DIBL、有效質(zhì)量、開關(guān)比、彈道率六項(xiàng)指標(biāo)上全面優(yōu)于Intel 3 nm節(jié)點(diǎn)技術(shù)。 圖1：InSe晶片生長的SLS策略設(shè)計(jì) 圖2：InSe薄膜的特性 圖3：二維InSe FET的晶圓級(jí)制造和電性能統(tǒng)計(jì)。 圖4：InSe FET的短溝道電性能和基準(zhǔn)測試 論文地址： https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu3803
高均勻性：晶圓表面粗糙度由非晶態(tài)的415 pm降至37 pm，拉曼光譜及SHG成像證實(shí)全區(qū)域單晶結(jié)構(gòu)。
高結(jié)晶度：原子級(jí)STEM顯示ABC堆疊有序，層間距0.83 nm。
器件性能：
遷移率：平均287 cm2/V·s（峰值347 cm2/V·s），為所有二維半導(dǎo)體薄膜器件最高紀(jì)錄。
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