南开大学， Nature Electronics！

主要观点总结

南开大学的张磊和吴金雄等人在最新研究中提出了一种垂直金属辅助vdW集成方法，用于制造亚1nm电容等效厚度的2D晶体管。研究团队利用铋氧化物辅助化学气相沉积方法垂直生长单晶金属纳米片，并成功在纳米片上沉积超薄的高κ介电材料，如氧化铝和氧化铪。通过一步转移过程，形成了清洁的vdW界面，并成功制备了具有亚阈值摆幅、低工作电压、高开关比等优良性能的MoS 2 场效应晶体管设备。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

微电子工业中原子层沉积（ALD）是半导体沟道上沉积高质量高κ介电材料的可靠技术，但在二维半导体上进行直接ALD沉积面临困难。界面工程方法和vdW集成方法是解决此问题的常用手段。

关键观点2: 创新点

研究团队采用垂直金属辅助vdW集成方法，利用铋氧化物辅助化学气相沉积垂直生长单晶金属纳米片，并成功在纳米片上沉积超薄的高κ介电材料。这一方法实现了亚1nm电容等效厚度的2D晶体管制造。

关键观点3: 实验成果

实验展示了钯纳米片作为原子层沉积平整氧化铝和氧化铪介电材料的优良表面。使用这种方法，成功沉积了小于3nm厚度的介电层。通过一步转移过程，形成了清洁的范德华界面，得到了高电容密度的金属-绝缘体-金属电容器。最终制备的MoS 2 场效应晶体管设备展示了优良性能。

关键观点4: 研究意义

该研究为超薄高κ介电材料在二维半导体晶体管中的应用提供了一种可行且高效的方法，为表面增强拉曼散射、扫描隧道显微成像和晶格平面选择性催化等领域的基础研究提供了理想的材料平台。

文章预览

研究背景 在微电子工业中，原子层沉积 (ALD) 是一种通常用于在半导体沟道上沉积高质量高κ介电材料 ( 如 Al 2 O 3 和 HfO 2 ) 的可靠技术，具有原子级精度。然而，直接在 2D 半导体上进行 ALD 沉积面临很大困难。为了解决这些问题，科学家们开发了许多界面工程方法，如等离子预处理和有机或无机种子层的预沉积，以激活 2D 表面，促进随后的 ALD 过程。这些方法虽然在一定程度上解决了成核问题，但也引入了界面电荷散射增强、热稳定性差或整体栅极电容降低等新的问题。 与此同时，范德华 (vdW) 集成方法，即高κ介电材料或前驱物先分别制造，然后物理层叠到 2D 半导体上，提供了一种低能量、无损伤的介电材料集成方法。这种方法能够有效减少界面陷阱态和栅极滞后。然而，在大多数情况下，转移过程中需要使用牺牲层，如石墨烯、聚乙烯醇或 Sr 3 ………………………………