南大研究突破“二维半导体单晶制备和异质集成”关键技术

近期，南京大学电子科学与工程学院王欣然教授课题组研究突破二维半导体单晶制备和异质集成关键技术。

南京大学消息显示，合作团队提出了一种方案，通过改变蓝宝石表面原子台阶的方向，人工构筑了原子尺度的"梯田"。利用"原子梯田"的定向诱导成核机制，实现了 TMDC 的定向生长。基于此原理，团队在国际上首次实现了 2 英寸 MoS2 单晶薄膜的外延生长。

得益于材料质量的提升，基于 MoS2 单晶制备的场效应晶体管迁移率高达 102.6 cm2/Vs，电流密度达到 450 μA/μm，是国际上报道的最高综合性能之一。同时，该技术具有良好的普适性，适用于 MoSe2 等其他材料的单晶制备，该工作为 TMDC 在集成电路领域的应用奠定了材料基础。

而在第二个工作中，电子学院合作团队基于第三代半导体研究的多年积累，结合最新的二维半导体单晶方案，提出了基于 MoS2 薄膜晶体管驱动电路、单片集成的超高分辨 Micro-LED 显示技术方案。

据介绍，合作团队瞄准高分辨率微显示领域，提出了 MoS2 薄膜晶体管驱动电路与 GaN 基 Micro-LED 显示芯片的 3D 单片集成的技术方案。团队开发了非"巨量转移"的低温单片异质集成技术，采用近乎无损伤的大尺寸二维半导体 TFT 制造工艺，实现了 1270 PPI 的高亮度、高分辨率微显示器，可以满足未来微显示、车载显示、可见光通讯等跨领域应用。

其中，相较于传统二维半导体器件工艺，团队研发的新型工艺将薄膜晶体管性能提升超过 200%，差异度降低 67%，最大驱动电流超过 200 μA/μm，优于 IGZO、LTPS 等商用材料，展示出二维半导体材料在显示驱动产业方面的巨大应用潜力。

该工作在国际上首次将高性能二维半导体 TFT 与 Micro-LED 两个新兴技术融合，为未来 Micro-LED 显示技术发展提供了全新技术路线。