近日，西湖大學工學院孔瑋團隊在二維半導體器件領域取得重要進展，提出了一種基於高介電常數氧化物的乾法轉移策略，實現了晶圓級單晶二硫化鉬（MoS2）薄膜在柔性基底上的無損整合。
該策略通過氧化物介質層增疆界面結合力，實現了對單晶二硫化鉬的高效機械剝離，將單晶二維半導體轉移整合技術從“濕法”推進到“乾法”路線，全程避免與聚合物或溶劑的接觸，為突破長期制約高性能柔性電子發展的技術瓶頸提供了新路徑。相關研究成果日前發表於《自然·電子》期刊。
以單晶二硫化鉬為代表的二維半導體材料，兼具原子級厚度的柔韌性與卓越電學性能，是發展高性能柔性電子器件的重要候選材料。但其潔淨、高品質、可規模化的轉移整合一直是行業難題。此前，這類材料通常通過化學氣相沉積法在藍寶石襯底上外延生長，並採用“濕法轉移”技術轉移至柔性基底。但該方法需使用聚合物、水或有機溶劑，會在材料表面留下難以根除的殘留，影響材料性能。
研究團隊另闢蹊徑，開發出基於氧化物的“乾法轉移”策略：先通過電子束蒸發沉積一層極薄的三氧化二鋁，用於增強氧化物與二硫化鉬之間的介面結合；再用原子層沉積技術覆蓋另一層三氧化二鋁，形成高品質高介電常數柵介質層。該轉移工藝全程避免二硫化鉬表面與聚合物、水或有機溶劑直接接觸，有效保留材料本征特性。
“基於該工藝，我們建構的晶圓級高密度柔性電晶體陣列實現了多項性能突破。”孔瑋介紹。
研究團隊將該電晶體陣列用於主動矩陣觸覺感測系統，並貼合在軟體機器人手爪表面。該系統能夠即時感知和繪製壓力分佈，幫助機器人識別物體的形狀、位置和大小。 (半導體技術天地)