南京大学团队在二维半导体领域取得关键突破

经过近十年的发展，二维电子学已经取得了巨大进步，但在大面积单晶制备、关键器件工艺、与主流半导体技术兼容性等方面仍存在挑战。

南京大学电子科学与工程学院王欣然教授课题组聚焦上述问题，研究突破二维半导体单晶制备和异质集成关键技术，为后摩尔时代集成电路的发展提供了新思路。相关研究成果近期连续发表在Nature Nanotechnology上。

半导体单晶材料是微电子产业的基石。与主流的12寸单晶硅晶圆相比，二维半导体的制备仍停留在小尺寸和多晶阶段，开发大面积、高质量的单晶薄膜，是迈向二维集成电路的第一步。然而，二维材料的生长过程中，数以百万计的微观晶粒随机生成，只有控制所有晶粒保持严格一致的排列方向，才有可能获得整体的单晶材料。

蓝宝石是半导体工业界广泛使用的一种衬底，在规模化生产、低成本和工艺兼容性方面具有突出的优势。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。

大面积单晶材料的突破使得二维半导体走向应用成为可能。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。

Micro-LED是指以微米量级LED为发光像素单元，将其与驱动模块组装形成高密度显示阵列的技术。与当前主流的LCD、OLED等显示技术相比，Micro-LED在亮度、分辨率、能耗、使用寿命、响应速度和热稳定性等方面具有跨代优势，是国际公认的下一代显示技术。然而，Micro-LED的产业化目前仍面临诸多挑战。

首先，小尺寸下高密度显示单元的驱动需求难以匹配。其次，产业界流行的巨量转移技术在成本和良率上难以满足高分辨率显示技术的发展需求。特别对于AR/VR等超高分辨应用，不仅要求分辨率超过3000PPI，而且还需要显示像元有更快的响应频率。

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。

上述工作分别以 “Epitaxial growth of wafer-scale molybdenum disulfide semiconductor single crystals on sapphire” （通讯作者为王欣然教授和东南大学王金兰教授）和 “Three dimensional monolithic micro-LED display driven by atomically-thin transistor matrix” （通讯作者为王欣然教授、刘斌教授、施毅教授和厦门大学张荣教授）为题， 近期在线发表于Nature Nanotechnology。

这个单位是复旦大学与华大半导体联合创办的单位，或者可以叫课题组，是专门的研发单位。这个单位是招聘的，但是目前来说只招聘博士以上学历，而且要求很高，不过待遇也很好。

以下是参考资料。是今年一月发布的。

为加快实施创新驱动发展战略，由复旦大学与华大半导体联合申报的上海碳化硅功率器件工程技术研究中心于2020年2月被上海市科委批准建立。中心通过与半导体器件生产和电力电子应用企业紧密合作，致力于研发基于宽禁带与超宽禁带半导体，特别是碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）材料为核心的新型功率器件、工艺和模块，加速下一代宽禁带半导体功率电子的广泛应用。工程中心将致力创建具备国际领先水平的宽禁带材料缺陷研究、器件制造工艺开发、元器件设计、模块封装以及可靠性测试、先进电力电子技术创新开放平台及高层次工程技术型人才培养中心和产业化辐射中心。中心成立以来，已承担多项宽禁带功率器件和模块重大项目，包括和龙头企业研发碳化硅器件的特色新工艺、与国家重点实验室开发超高压碳化硅器件和封装、参与多项省市科技重大专项等。中心正在积极建设宽禁带半导体工艺研发创新平台（复旦大学宁波研究院宽禁带材料与器件研究所），和国际知名企业共建创新中心和研究院。中心现有教授/研究员10人，其中特聘教授5人，副教授/青年研究员15人，超级博士后2人。中心招收宽禁带半导体物理与器件、半导体材料与集成电路、微纳器件系统集成、器件及可靠性测试、电力电子技术等方向的物理电子学硕士、博士研究生。

中心负责人张清纯教授，现任复旦大学特聘教授，博士生导师，上海碳化硅功率器件工程技术研究中心主任，复旦大学宁波研究院宽禁带半导体材料与器件研究所所长，复旦大学工程与应用技术研究院宽禁带半导体与超越照明研究所副所长，专长于宽禁带半导体物理与器件的教学、科研、应用与产业化，长期从事SiC器件的研发和产业化，是该领域国际知名专家。迄今已撰写100余篇科技论文和SiC器件领域专著；多次受邀在国际碳化硅、功率半导体的学术会议上作大会报告；作为第一和合作发明人，拥有100多项美国及国际专利；多次担任ISPSD技术委员会成员和碳化硅器件分会主席；曾任国际电力电子技术路线图研讨会联合主席等。

因研究工作需要，针对以下方向招聘博士后数名：

1)宽禁带半导体材料生长与缺陷表征技术

2)宽带半导体功率器件设计、先进制造工艺及器件可靠性评价

3)超宽禁带半导体材料、器件及工艺研究

4)高频高功率先进封装技术与可靠性测试

职位要求。

1)已获得或即将获得微电子、电力电子器件与应用、半导体物理与材料、半导体制造装备、材料科学与工程等相关专业的博士学位，具有扎实的理论基础和较强动手实践能力，至少具备相关领域一项相关研发经验

2)能独立开展研究工作，并具有优秀的团队合作精神，尤其是从事交叉性学科研究的能力，且具有优秀的动手能力和主动性；

3)具有良好的英语读写能力，可以独立撰写研究论文，具有功率半导体领域出色研发经历将获得优先考虑

---