记者4月27日从西湖大学获悉，该校工学院孔玮教授团队成功实现晶圆级单晶二硫化钼薄膜在柔性基底上的高质量集成，将单晶二维半导体转移集成技术从“湿法”推进到“干法”路线，为突破长期制约高性能柔性电子发展的技术瓶颈提供了新路径。相关研究成果日前发表于《自然·电子》期刊。
以单晶二硫化钼为代表的二维半导体材料，兼具原子级厚度的柔韧性与卓越电学性能，是发展高性能柔性电子器件的重要候选材料。但其洁净、高质量、可规模化的转移集成一直是行业难题。
“单晶二硫化钼由一层钼原子和两层硫原子组成，厚度仅约0.6纳米，晶体取向高度一致，能够减少晶界和缺陷带来的载流子散射与漏电问题。”该研究第一作者、浙江大学/西湖大学联合培养博士生徐翔介绍。此前，这类材料通常通过化学气相沉积法在蓝宝石衬底上外延生长，并采用“湿法转移”技术转移至柔性基底。但该方法需使用聚合物、水或有机溶剂，会在材料表面留下难以根除的残留，影响材料本身的优异性能，且难以满足高一致性的大面积器件集成。
氧化物干法（左）和湿法转移（右）的材料通过原子力显微镜对比。
面对这一困境，研究团队另辟蹊径，开发出基于氧化物的干法转移策略。该工艺先通过电子束蒸发沉积一层极薄的三氧化二铝，用于增强氧化物与二硫化钼之间的界面结合；再用原子层沉积技术覆盖另一层三氧化二铝，形成高质量高介电常数栅介质层。转移工艺全程避免二硫化钼表面与聚合物、水或有机溶剂直接接触，有效保留材料本征特性。
“基于该工艺，我们构建的晶圆级高密度柔性晶体管阵列，实现多项性能突破。”孔玮介绍，该器件具备超高电流开关比，出色的迁移率体现出良好的载流子输运能力，同时具备优异的栅控能力和快速开关特性。
研究团队还将该晶体管阵列用于主动矩阵触觉传感系统，并贴合在软体机器人手爪表面。该系统能够实时感知和绘制压力分布，帮助机器人识别物体的形状、位置和大小，展示了该技术在智能触觉感知和电子皮肤中的应用潜力。
（西湖大学供图）
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