AMR Account｜韩国浦项科技大学Yong-Young Noh团队：溶液法制备二维过渡金属硫化物构建CMOS器件

以下文章来源于AMR材料研究述评 ，作者AMR

6月2日，韩国浦项科技大学Yong-Young Noh教授团队的AMR述评文章 “Solution-Processed 2D Transition Metal Dichalcogenides: Materials to CMOS Electronics”在线发表，概述了利用溶液法制备的二维过渡金属硫化物来构建CMOS器件的最新进展，希望能推动这一领域的发展，促进产业化应用的实现。

关键词：二维材料、CMOS电子器件、溶液法制备

Solution-processed CMOS electronics utilizing 2D transition metal dichalcogenides materials hold substantial potential and offer significant opportunities for various commercial applications, such as sensors, optoelectronic circuits, and monolithic integrated circuits.

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文章内容简介

随着技术的快速发展，二维材料和器件引起了广泛关注，可应用于下一代CMOS电子器件，或者是改善硅技术并克服其局限性、推动新技术进步。二维半导体材料，特别是二维过渡金属硫化物，这类单层或少层的二维半导体材料，具有纳米或亚纳米尺度的原子厚度。由于其优异的电学和力学性质，二维过渡金属硫化物半导体材料在构建基于CMOS的集成电路方面具有重要的应用潜力。早期的研究报道了使用机械剥离的二维过渡金属硫化物构建CMOS反相器，并展示了其在功耗方面的优势。此外，利用化学气相沉积在晶片尺度上生长单层二维半导体材料，实现了大规模集成的逻辑电路，包括逻辑门、静态随机存取存储器和环形振荡器。

作者团队聚焦于利用溶液法制备的二维过渡金属硫化物来构建CMOS器件的最新进展。论文从溶液、薄膜沉积和加工等方面系统介绍了完整的制备过程，并详细讨论了基于其的晶体管性能以及CMOS的集成。此外，作者还强调了CMOS集成过程中的关键方面，并提出相应的解决方案，旨在优化CMOS器件的性能。论文还指出，尽管已经取得了相当大的进展，但在促进下一代CMOS应用和商业化方面仍然存在一些挑战，需要进一步研究和努力。

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AMR：

请问您选择该领域

的初心是什么？

作者团队：

我们选择这个研究领域是因为二维材料，特别是二维过渡金属硫化物，在下一代CMOS电子器件中被认为是有潜力的候选材料。这些材料的独特性质，如其纳米或亚纳米级的原子厚度和优异的电学和机械性能，使其在构建基于CMOS的集成电路方面具有显著的应用潜力，包括低功耗和与传统硅技术的兼容性。

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AMR：

您对该领域的发展

作何展望？

作者团队：

基于溶液法制备的二维过渡金属硫化物材料制备的CMOS电子器件，例如传感器及集成电路，具有重要的应用潜力。溶液法的优势包括成本效益和可扩展性，而通过印刷工艺将多种功能性二维材料融入其中，可以实现大规模的n型和p型晶体管的互连。然而，为了实现实际应用和商业化，仍需要进一步的研究和努力，以优化CMOS器件的性能并克服挑战。

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AMR：

请和大家分享一下这个领域

最值得探索的方向！

作者团队：

首先，需要进一步探索液相剥离过程的基本机制，以实现大尺寸和单层生长的各种二维过渡金属硫化物半导体材料，并能控制液相剥离材料的质量。其次，溶液处理的二维过渡金属硫化物晶体管的场效应迁移率相对较低，与机械剥离和化学气相沉积方法得到的迁移率相比明显较低。因此，有必要通过改善纳米片的质量、减小接触电阻、优化介电层以及促进沟道中的电荷传输等方法来提高溶液处理晶体管的迁移率。此外，还必须考虑其他关键指标，如偏置应力稳定性、开关比、阈值电压和亚阈值摆动等。第三，目前溶液法制备的p型晶体管需要进一步研究。尽管可以通过掺杂来提高器件性能，但实现稳定的p型器件的性能仍然是一个挑战。最后，利用溶液加工的二维过渡金属硫化物半导体材料制备的CMOS器件的研究仍处于初级阶段，需要根据具体需求进一步探索。

作者团队简介

Yong-Young Noh教授：韩国浦项科技大学（POSTECH）化学工程系教授。于2005年获得韩国科学技术院（GIST）的博士学位，随后在英国剑桥大学的卡文迪许实验室担任博士后研究员。之后，他在韩国电子电气通信研究院（ETRI）担任高级研究员，韩国汉阳大学担任助理教授，以及韩国东国大学担任副教授。Yong-Young Noh教授聚焦于开发半导体材料，包括有机材料、钙钛矿材料、二维材料、金属卤化物和金属氧化物，及其相应的光电器件的研究。相关成果发表在Nature Nanotechnology, Nature Electronics, Nature Communications, Advanced Materials等期刊。文章被引用20000余次，H因子72。

邹涛隅：现为韩国浦项科技大学化学工程系在读博士研究生。主要从事半导体材料及光电器件的研究，包括薄膜晶体管和光电探测器。相关成果发表在Advanced Materials，Advanced Functional Materials，Advanced Optical Materials，IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM)等期刊。

转自：“ACS美国化学会”微信公众号

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