东南大学陶立团队在《先进功能材料》《自然电子》发表二维半导体晶体管的原子级界面构筑相关研究成果

（通讯员 王哲涵）二维过渡金属硫化物半导体被国际器件与系统路线图（IRDS）列为后摩尔时代CMOS技术持续迭代的有力候选材料，但还面临高质量单晶晶圆生长、金半欧姆接触、CMOS集成、设计与工艺协同优化（DTCO）等难题。近日，东南大学材料科学与工程学院陶立教授与信息科学与工程学院、集成电路学院和南京大学集成电路学院及苏州实验室合作者在Advanced Functional Materials（《先进功能材料》）和Nature Electronics（《自然电子》）上发表了相关最新研究进展。

现有二维p型半导体及前端器件性能落后于n型，在晶圆级单晶制备与界面空穴输运优化上仍面临挑战。陶立团队和信息科学与工程学院陆卫兵教授、集成电路学院孙立涛教授、南京大学李卫胜教授通过可视化栅介电质筛选，实现了高空穴迁移率的二维硒化铂（PtSe₂）晶体管原子级界面的精准构筑并演示了射频通信功能。相关研究成果以“Visualized Dielectric Screening Enhanced Hole-Mobility in 2D PtSe₂ for Wireless Communication（可视化介电筛选增强的二维PtSe₂空穴迁移率以用于无线通信）”在线发表于Advanced Functional Materials（《先进功能材料》）。

本工作展示了2英寸二维PtSe₂晶圆的后道工艺兼容生长（制备温度低于400 °C）及其栅介电界面的原子级调控，提升了场效应晶体管的空穴迁移率至36.5 cm²V^-1s^-1，达到同类小尺寸单晶的中上水平。通过引入栅-半界面两种散射机理的可视化表征，揭示了对于二维p型半导体晶体管（特别是双栅GSG射频器件）的空穴输运存在一个最佳κ值区间，并实验测得截止频率可达GHz，为高性能PMOS开发和可穿戴无线通信技术应用提供了新的思路。继团队在应变调控二维PtSe₂气体传感（ACS Nano 2023, 17, 11557）及其可穿戴传感通信融合电路（IEDM 2024, 27-5）工作之后，本工作进一步加深了对二维p型PtSe₂晶体管输运原理的理解，有助于未来实现基于新型二维材料的感通融合可穿戴集成电路的开发与应用。

该论文第一作者为东南大学材料科学与工程学院博士生王哲涵和吴嫣玲硕士，陶立教授和刘熠辰副研究员为共同通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202521476

在面向集成电路的应用基础研究中，二维过渡金属硫化物晶体管在接触栅极节距（CGP）缩放至20 nm以下的欧姆接触是一项巨大挑战。南京大学王欣然、李卫胜团队与东南大学陶立教授合作，通过MoS₂与外延生长晶态半金属锑的界面设计，在18 nm接触长度下实现了低至98 Ω·μm的接触电阻，制得的CGP=40 nm的场效应晶体管阵列显示出优异的驱动电流、开关比、亚阈值摆幅等性能，满足IRDS 1nm技术节点的各项指标要求。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41928-025-01500-4

以上相关工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金（创新研究群体、重大培育等）、多项国家和省级人才计划项目、江苏省重点研发计划、紫金青年学者等资助。

供稿：材料科学与工程学院

（责任编辑：刘明源 审核：宋业春）