随着硅基芯片性能逼近物理极限，全球科学家正在寻找替代方案，以二硫化钼为代表的二维半导体就是其中之一。30日，国际顶级学术期刊《科学》在线发表南京大学王欣然、李涛涛团队与东南大学王金兰团队合作论文，他们创新研发“氧辅助金属有机化学气相沉积技术”，突破了制约大尺寸二硫化钼薄膜规模化制备的技术难题。

王欣然介绍，二硫化钼电学性能优异，但想替代硅基材料并不容易。作为后来者，二硫化钼需适应现有半导体产线的成熟工艺，也就是金属有机化学气相沉积技术。

“在气相沉积过程中，金属有机前驱体受热分解，反应产物附着在衬底表面，形成二硫化钼薄膜。”李涛涛说，然而，传统的金属有机化学气相沉积技术受反应动力学限制，不仅薄膜生长速率慢，而且前驱体在分解时会产生含碳杂质，严重影响薄膜质量。

为解决这些难题，团队经多年研究，提出引入氧气辅助，让氧气在高温环境下与前驱体中的碳元素相结合，减少碳污染。按照该思路，团队试制了6英寸二硫化钼薄膜，实验结果显示，薄膜生长速率较传统方法提升两到三个数量级。

王欣然表示，目前团队已掌握二维半导体衬底工程、动力学调控等产业化关键技术。由于硅基半导体产线主要使用12英寸薄膜，团队正加紧研发新型气相沉积设备，下一步将尝试规模化制备12英寸二硫化钼薄膜。

《科学》审稿人认为，此次研究攻克了传统金属有机化学气相沉积技术长期难以解决的动力学限制与碳污染难题，对加快推动二维半导体从实验室走向生产线具有重要意义。