北京大学叶堉研究员课题组提出了一种利用相变和重结晶过程制备晶圆尺寸单晶半导体相碲化钼(MoTe2)薄膜的新方法。该工作以“Seeded 2D epitaxy of large-area single-crystal films of the van der Waals semiconductor 2H MoTe2”为题,发表在学术期刊《科学》上。



图源:北京大学物理学院


北京大学物理学院消息显示,实验中,研究组首先通过碲化磁控溅射钼膜的方法得到含有碲空位的晶圆尺寸多晶1T'相MoTe2薄膜。然后,通过定向转移技术将机械剥离的单晶MoTe2纳米片作为诱导相变的籽晶转移到1T'-MoTe2晶圆的正中央,通过原子层沉积的致密氧化铝薄膜隔绝1T'相MoTe2薄膜与环境中的Te原子接触抑制其他成核。


随后在种子区域内打孔,使种子区域成为Te原子补给并维系1T'到2H相变的唯一通道,通过面内二维外延实现了单一成核相变生长的单晶薄膜。


整个相变过程伴随着以异质界面处2H相MoTe2为模板的重结晶过程,使得相变后的整个薄膜的晶格结构和晶格取向与籽晶完全一致,最终得到晶圆尺寸的单晶MoTe2薄膜。将得到的晶圆尺寸单晶MoTe2作为模板,通过再次蒸镀钼膜以及再次碲化的方法,可以在垂直方向上实现对该晶圆的快速外延,制备二维半导体的块材单晶晶圆。


据悉,以该薄膜为沟道材料,结合课题组之前发展的MoTe2相变工程方法制备的大面积1T'/2H/1T'相面内异质结场效应晶体管阵列,器件体现出100%的良率,并具有很好的电学性能,且其电学性能表现出很好的均一性。


此外,这一工作还得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、人工微结构和介观物理国家重点实验室等支持。