氧调控策略在SiO2/Si基底上实现近单晶迁移率的多晶MoS2薄膜制备

为解决二维MoS2多晶薄膜在SiO2/Si基底上晶粒尺寸小、电性能差的问题，研究人员创新性采用氧调制方法，成功制备出晶粒超50µm的大面积高质量薄膜。基于该材料的晶体管展现出108开关比和72.3 cm2 V−1 s−1峰值迁移率，性能媲美蓝宝石基底单晶薄膜，为后摩尔时代CMOS兼容器件发展奠定基础。

在突破摩尔定律极限的探索中，二维半导体材料二硫化钼(MoS₂)因其原子级厚度、优异载流子迁移率和栅极调控能力备受瞩目。传统转移工艺往往引入损伤缺陷，而直接在二氧化硅/硅(SiO₂/Si)基底生长又面临晶粒尺寸小、晶界密度高的瓶颈。这项研究巧妙利用氧调控化学气相沉积法，在非晶氧化物基底上制备出晶粒尺寸突破50微米的晶圆级MoS₂薄膜。电学测试显示，基于该材料的场效应晶体管(FET)不仅实现10⁸量级的电流开关比，72.3 cm² V⁻¹ s⁻¹的峰值迁移率更是达到未调控样品的十倍，与蓝宝石(Al₂O₃)基底生长的单晶薄膜性能相当。这项突破性工作为后摩尔时代开发与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容的二维电子器件提供了新思路。