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。

新能源、半导体芯片以及航空航天等都是重点发展的领域。

在我们国家经济以及科技实力转型的关键期，尖端技术领域的发展也成为了大家重点关注的目标。因为尖端技术领域如果取得重大突破的话，对于国家科技实力的的提升都会带来巨大的帮助。不过尖端技术领域想要取得突破确实会比较困难，因此着重发展几大领域也能够集中优势力量快速实现突破，而新能源、半导体芯片以及航空航天等领域都是尖端技术当中的重中之重。因此这几大领域会成为未来着重发展的方向。

一、新能源领域能够实现国家能源转型。

清洁能源领域对于国家能源转型发展可以说起到了至关重要的作用，而且这些年很多国家都把新能源领域放在了发展的首要位置。如果能够在新能源领域打破现有僵局迎来技术突破的话，对于国家能源转型以及减少对于进口能源的依赖都会起到积极的意义。因此新能源领域未来的发展会充满着潜力。

二、半导体芯片会成为重点发展的方向。

我们国家在半导体芯片领域确实存在着严重的技术落后问题，如果能够大力的促进国产半导体芯片发展的话，对于国内的经济发展也能够起到保驾护航的作用。因为现在各行各业都离不开半导体芯片的推动，因此缺少高端芯片的话，就会使得我们国家经济转型始终起不了任何的效果。

三、航空航天领域也会成为国家主要发展目标。

航空航天技术的发展对于我们国家科技实力的进步以及国防力量的提升都会起到决定性的影响，而且航空航天技术的发展对于全人类的生存以及起源的探索都能够起到极大的促进作用。虽然航空航天技术的发展存在着极大的难度，但是我们也相信随着年轻人才的技术积累，也能够让我们在航空航天领域取得新的进步。

当然随着经济的发展，各行各业也会迎来新的发展机遇及挑战。如何能够把握好机遇以及挑战，这对我们年轻人提出了更大的考验，只有认真的打好基础才能够为国家发展添砖加瓦。

个人感觉高功率，快速反应的半导体材料是一个方向，高功率脉冲技术使用的开关元件都是气体火花器，通过击穿气体达到瞬间的大功率控制。但是噪音很大，污染也大。而半导体材料却能在安静的情况下导通，没有辐射，没有污染，高功率半导体这应该是个方向。另外半导体激光技术，可以使激光器功率更大，更加小巧。还有半导体制冷，都是很好的研究方向。

这应该使半导体的一写拓展领域，也是新型的领域。比较有前途的。个人看法，仅供参考：）

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