Двовимірні напівпровідникові матеріали, представлені дихалкогенідами перехідного металу (TMDCs), мають характеристики екстремальної товщини, високої мобільності та фонової неоднорідної інтеграції. Очікується, що вони продовжать закон Мура і реалізують інтегральні схеми з тривимірною архітектурою. і уваги промисловості. Після майже десятиліття розробки двовимірна електроніка досягла великого прогресу, але все ще існують проблеми в підготовці великих однокристалічних кристалів, ключових процесів пристроїв і сумісності з основними напівпровідниковими технологіями.
Дослідницька група професора Сіньрана Ван зі Школи електронних наук та інженерії Нанкінського університету зосередилася на вищезазначених проблемах та досліджувала прориви в ключових технологіях двовимірного напівпровідникового однокристалічного виготовлення та гетероінтеграції, що забезпечило нові ідеї для розробки інтегральних схем в епоху пост-Мура. Відповідні результати досліджень були опубліковані в Nature Nanotechnology нещодавно.
Будівництво "атомних терас" вниз до землі, прорив через двовимірний напівпровідник однокристалічної епітаксії
Напівпровідникові однокристалічні матеріали є наріжним каменем індустрії мікроелектроніки. У порівнянні з основними 12-дюймовими монокристалічними кремнієвими пластинами, приготування двовимірних напівпровідників все ще знаходиться на стадії дрібномасштабної і полікристалічної. Розвиток великогабаритних, якісних монокристалічних тонких плівок є першим кроком на шляху до двовимірних інтегральних схем. . Однак під час зростання двовимірних матеріалів випадковим чином генеруються мільйони мікроскопічних чіпів, і отримати монолітний однокристалічний матеріал можна тільки контролюючи всі чіпи для підтримки строго послідовного напрямку розташування.
Сапфір є широко використовуваним субстратом в напівпровідниковій промисловості і має видатні переваги в масовому виробництві, низькій собівартості і сумісності процесів. Команда, що співпрацювала, запропонувала схему штучного будівництва атомних «терас», змінивши напрямок атомних ступенів на поверхні сапфіра. Спрямоване зростання ТВК було досягнуто за допомогою спрямованого індукованого механізму нуклеації «атомних терас».
Виходячи з цього принципу, команда вперше в світі досягла епітаксіального зростання 2-дюймової однокристалічної плівки MoS2. Завдяки поліпшенню якості матеріалу, мобільність транзисторів польового ефекту на основі монокристалічних даних MoS2 досягає 102,6 см2/ВС, а щільність струму досягає 450 мкА/мкм, що є одним з найвищих комплексних показників, про які повідомлялося на міжнародному рівні. При цьому технологія має хорошу універсальність і підходить для приготування одиночних кристалів інших матеріалів, таких як MoSe2. Ця робота заклала матеріальну основу для застосування TMDC в області інтегральних схем.
Дивлячись на зірки, двовимірні напівпровідники приносять світло майбутній технології відображення.
Прорив великогабаритних однокристалічних матеріалів дає можливість застосовувати двовимірні напівпровідники. У другій роботі, заснованій на багаторічному накопиченні напівпровідникових досліджень третього покоління, в поєднанні з новітнім двовимірним напівпровідниковим однокристалічним рішенням, кооперативна команда Школи електроніки запропонувала монолітний інтегрований мікродіод з надвисокою роздільною здатністю micro led-дисплей на основі тонкоплівкової схеми драйвера транзистора MoS2. Технічні рішення.
Micro LED відноситься до технології, яка використовує мікронномасштабні світлодіоди як світловипромінюючі піксельні блоки і збирає їх за допомогою рушійних модулів, щоб сформувати масив дисплеїв високої щільності. У порівнянні з сучасними основними технологіями відображення, такими як LCD і OLED, Micro LED має переваги перехресного покоління з точки зору яскравості, роздільної здатності, споживання енергії, терміну служби, швидкості відгуку і теплової стабільності, і є міжнародно визнаною технологією відображення наступного покоління.
Однак індустріалізація Micro LED все ще стикається з багатьма проблемами. По-перше, важко відповідати вимогам до водіння дисплеїв високої щільності в невеликих розмірах. По-друге, популярна в галузі технологія масової передачі важко задовольняє потреби в розвитку дисплеїв високої роздільної здатності з точки зору вартості і врожайності. Спеціально для додатків з надвисокою роздільною здатністю, таких як AR/VR, не тільки роздільна здатність повинна перевищувати 3000PPI, але і пікселі дисплея повинні мати більш високу частоту відповіді.
Кооперативна команда зосередилася на області мікро-дисплея з високою роздільною здатністю і запропонувала технічне рішення для 3D монолітної інтеграції тонкоплівкової транзисторної схеми драйвера MoS2 і мікросхеми Micro LED на основі GaN. Команда розробила низькотемпературну монолітну технологію неоднорідної інтеграції, використовуючи майже неруйнівний великомасштабний двовимірний двовимірний напівпровідниковий процес виробництва TFT, для досягнення високої яскравості мікродисплея з високою роздільною здатністю 1270 ІПП, яка може задовольнити потреби майбутніх мікродисплеїв. Дисплей, дисплей транспортного засобу, зв'язок видимого світла та інші крос-польові програми.
Серед них, в порівнянні з традиційним двовимірним напівпровідниковим процесом пристрою, новий процес, розроблений командою, покращує продуктивність тонкоплівкових транзисторів більш ніж на 200%, зменшує різницю на 67%, а максимальний струм водіння перевищує 200 мкА/мкм, що краще, ніж IGZO, LTPS та інші комерційні матеріали. Він показує величезний потенціал застосування двовимірних напівпровідникових матеріалів в індустрії водіння дисплеїв. Ця робота є першою в світі, яка об'єднала дві нові технології високопродуктивних двовимірних напівпровідникових TFT і Micro LED, що забезпечує новий технічний маршрут для майбутнього розвитку технології дисплея Micro LED.
Вищенаведені роботи відповідно називаються «Епітаксіальне зростання вафельно-масштабового молібдену дисульфідних напівпровідникових одиночних кристалів на сапфірі» (відповідні автори - професор Ван Сінран і професор Ван Цзіньлан з Південно-Східного університету) і «Тривимірний монолітний дисплей Micro LED, керований атомно тонкою транзисторною матрицею» (відповідні автори). Нещодавно вона була опублікована в журналі Nature Nanotechnology.
Ця серія робіт була підтримана такими проектами, як Прикордонний провідний технологічний проект провінції Цзянсу, Національний фонд природничих наук Китаю та Національна програма досліджень та розробок ключових ключів. Інститут оптики та механіки Чанчунь, Китайська академія наук, Tianma Microelectronics Co., Ltd., Nanjing Huanxuan Semiconductor Co., Ltd. та ін.
