北京大学刘开辉教授最新Science！

主要观点总结

本文首次实现了晶圆级、厚度可控的菱方相过渡金属硫族化合物（3R-TMDs）单晶的通用制备，通过“晶格传质-界面外延”技术，突破了传统制备方法的限制。其中，少层3R-MoS2展现了极高的电学性能，满足了国际器件与系统路线图对半导体器件迁移率的要求。厚层3R-MoS2在非线性频率转换方面表现出卓越性能，实现了近红外波段的高能效差频转换效率，较单层提升5个数量级。该研究为新一代电子芯片及光子芯片技术应用提供了有力支持。

关键观点总结

关键观点1: 实现了晶圆级、厚度可控的3R-TMDs单晶的通用制备。

采用“晶格传质-界面外延”技术，通过改变生长时间和过渡金属及硫族元素的种类，成功制备出多种3R-TMDs薄膜。

关键观点2: 少层3R-MoS2的高电学性能。

少层3R-MoS2展现了高的结晶质量和显著提升的场效应晶体管（FET）阵列电学性能，包括出色的重复性和高迁移率，超越了国际器件和系统路线图（IRDS）中设定的迁移率目标。

关键观点3: 厚层3R-MoS2的非线性性能。

利用厚层3R-MoS2实现了非线性光学过程的显著增强，通过准相位匹配策略提升了差频转换效率，较单层提升了5个数量级。

关键观点4: 新技术范式的潜力。

“晶格传质-界面外延”材料制备新范式的发展有望推动新一代电子芯片及光子芯片技术的应用。

文章预览

第一作者：Biao Qin, Chaojie Ma, Quanlin Guo, Xiuzhen Li 通讯作者：Guangyu Zhang, Can Liu, Kaihui Liu 通讯单位：北京大学、中国人民大学、中国科学院物理研究所 DOI: 10.1126/science.ado6038 研究背景 二维过渡金属硫族化合物（TMDs）根据层间堆垛排布方式可以分为六方相（2H-TMDs： 六方晶系，层间堆垛方式为AA'AA'）与菱方相（3R-TMDs： 三方晶系，层间堆垛方式为ABCABC）结构。 其中3R-TMDs较2H-TMDs具备更高的载流子迁移率及电流密度，使其成为2纳米以下技术节点集成电路的理想沟道材料。 另外，3R-TMDs独特的层间堆垛方式打破了面内反演对称性和面外镜像对称性，赋予其界面极化反转的铁电性、高能效体光伏效应和相干增强非线性光学响应。 这些物理特性有望推动3R-TMDs在“后摩尔时代”先进制程微电子、非易失性存储器、神经拟态计算、太阳能能量转换、片上非线性光学 ………………………………