生产高性能且薄到几乎没有高度的二维半导体全晶圆

当今的半导体行业正在努力应对三重任务：提高计算能力、缩小芯片尺寸和管理密集电路中的功率。为了满足这些需求，半导体行业必须将目光投向硅以外的领域，以生产出适合日益增长的计算功能的设备。BTnednc

尽管在近期或遥远的将来不太可能放弃主力材料，但技术行业需要对芯片材料和架构进行创造性改进，以生产适合日益增长的计算作用的设备。BTnednc

硅的最大缺点之一是它只能做得很薄，因为它的材料特性从根本上仅限于三个维度（3D）。因此，薄到几乎没有高度的二维（2D）半导体已成为科学家、工程师和微电子制造商感兴趣的对象。BTnednc

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更薄的芯片元件可以更精确地控制设备中的电流，同时降低供电所需的能量。二维半导体还能将芯片的表面积保持在最低水平，以薄膜的形式存在于支撑硅器件之上。BTnednc

但直到最近，制造这种材料的尝试一直没有成功。BTnednc

某些二维半导体本身性能良好，但需要高温沉积，从而破坏了底层硅芯片。还有一些二维半导体可以在与硅兼容的温度下沉积，但它们的电子特性--能量利用、速度和精度--却有所欠缺。还有一些符合温度和性能要求，但却无法按照工业标准尺寸生长到所需的纯度。BTnednc

现在，宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院的研究人员已经将一种高性能的二维半导体培育成全尺寸的工业级晶片。此外，这种半导体材料硒化铟（InSe）可以在足够低的温度下沉积，以便与硅芯片集成。BTnednc

该研究最近发表在《Matter》杂志上。BTnednc

硒化铟（InSe）长期以来一直显示出作为先进计算芯片的二维材料的前景，因为它携带电荷的能力极强。但事实证明，生产足够大的 InSe 薄膜很棘手，因为铟和硒的化学性质往往以几种不同的分子比例结合，呈现出每种元素比例不同的化学结构，从而损害其纯度。BTnednc

该团队的成功取决于一种生长技术的应用，克服了铟硒原子结构的怪异性。据称，为了实现先进计算技术的目的，二维硒化铟的化学结构需要两种元素的比例恰好为 50:50。由此产生的材料需要在大面积上具有均匀的化学结构才能发挥作用。BTnednc

该团队使用一种称为“垂直金属有机化学气相沉积”（MOCVD）的生长技术实现了这种突破性的纯度。之前的研究曾尝试同时引入等量的铟和硒。然而，这种方法是材料中不良化学结构的根源，产生的分子中每种元素的比例不同。相比之下，MOCVD 的工作原理是连续输送铟，同时以脉冲形式引入硒。BTnednc

通过脉冲，铟和硒有时间结合。在脉冲间隔的时间里，硒会从环境中消失，从而防止比例过高。脉冲的好处在于暂停，使研究团队得以在整个全尺寸晶片上实现统一的 50:50 比率。BTnednc

除了化学纯度之外，该团队还能够控制和排列材料中晶体的方向，通过提供无缝的电子传输环境进一步提高半导体的质量。BTnednc

参考链接：Wafer-scale growth of two-dimensional, phase-pure InSeBTnednc