Двуизмерните полупроводникови материали, представени от преходни метални дихалкогениди (ТМДК), имат характеристиките на изключителна дебелина, висока подвижност и разнородна интеграция в задния край. Очаква се те да продължат закона на Мур и да реализират интегрални схеми с триизмерна архитектура. и вниманието на промишлеността. След близо десетилетие на развитие двуизмерната електроника отбеляза голям напредък, но все още има предизвикателства в подготовката на единични кристали с голяма площ, ключови процеси на устройства и съвместимост с основните полупроводникови технологии.
Изследователската група на проф. В нанотехнологиите на природата наскоро бяха публикувани съответни резултати от научните изследвания.
Сграда "атомни тераси" надолу-на-земя, пробивайки двуизмерна полупроводнична единична кристална епитаксия
Полупроводниковите единични кристални материали са крайъгълният камък на микроелектрониката индустрия. В сравнение с основните 12-инчови монокристални силициеви вафли, подготовката на двуизмерни полупроводници все още е в дребномащабния и поликристален стадий. Развитието на едро-площни, висококачествени монокристални тънки филми е първата стъпка към двуизмерни интегрални схеми. . Въпреки това, по време на растежа на двуизмерни материали, на случаен принцип се генерират милиони микроскопични чипове и е възможно да се получи само монолитен еднокристален материал, като се контролират всички чипове, за да се поддържа строго последователна посока на подреждане.
Sapphire е широко използван субстрат в полупроводниковата индустрия и има изключителни предимства в масовото производство, ниската цена и съвместимостта на процесите. Сътрудничещият екип предложи схема за изкуствено конструиране на атомно-мащабни "тераси" чрез промяна на посоката на атомните стъпала по сапфирната повърхност. Насоченият растеж на ТМО е постигнат чрез насочения индуциран механизъм за нуклеация на "атомни тераси".
Въз основа на този принцип екипът постига епитаксиалния растеж на 2-инчов MoS2 единичен кристален филм за първи път в света. Благодарение на подобряването на качеството на материала, мобилността на транзисторите за ефект на полето на базата на MoS2 единичен кристал е толкова висока, колкото 102,6 cm2/Vs, а сегашната плътност достига 450 μA/μm, което е едно от най-високите всеобхватни изпълнения, отчетени в международен план. В същото време технологията има добра универсалност и е подходяща за приготвяне на единични кристали от други материали като MoSe2. Тази работа е положила материална основа за прилагането на TMDC в областта на интегрални схеми.
Гледайки нагоре към звездите, двуизмерните полупроводници носят светлина на бъдещата технология на дисплея
Пробивът на еднокристални материали с голяма площ дава възможност за прилагане на двуизмерни полупроводници. Във втората работа, основана на години натрупване на полупроводникови изследвания от трето поколение, съчетана с най-новия двуизмерен полупроводников еднокристален разтвор, кооперативният екип на Школата по електроника предложи монолитен интегриран микро led дисплей с ултра висока разделителна способност, базиран на MoS2 тънка филмова транзисторна шофьорска верига. Технически решения.
Micro LED се отнася до технология, която използва светодиоди с микрон мащаб като светоизлъчващи пикселни агрегати и ги сглобява с модули за шофиране, за да образува дисплейен масив с висока плътност. В сравнение с настоящите технологии за мейнстрийм дисплей като LCD и OLED, Micro LED има предимства между поколенията по отношение на яркостта, разделителната способност, консумацията на енергия, експлоатационния живот, скоростта на реакция и термичната стабилност и е международно призната технология на дисплея от следващо поколение.
Въпреки това, индустриализацията на Micro LED все още е изправена пред много предизвикателства. Първо, трудно е да съответствате на изискванията за шофиране на дисплеите с висока плътност единици в малки размери. На второ място, технологията за масов трансфер, популярна в бранша, трудно може да отговори на нуждите от развитие на дисплеите с висока разделителна способност по отношение на разходите и добива. Особено за приложения с ултра висока разделителна способност като AR/VR, не само резолюцията се изисква да надвишава 3000PPI, но и пикселите на дисплея трябва да имат по-бърза честота на реакция.
Кооперативният екип, насочен към областта на микродисплея с висока резолюция, и предложи техническо решение за 3D монолитната интеграция на тънкофилмовия транзисторен драйверен кръг moS2 и базирания на GaN Micro LED дисплей чип. Екипът разработи не"масивен трансфер" нискотемпературна монолитна хетерогенна интеграционна технология, като използва почти неразрушителен двуизмерен двуизмерен полупроводникови TFT производствен процес с висока яркост, микродисплей с висока разделителна способност от 1270 PPI, който може да отговори на нуждите на бъдещите микродисплеи. Дисплей, дисплей на превозното средство, видима светлинна комуникация и други приложения на кръстосани полета.
Сред тях, в сравнение с традиционния двуизмерен процес на полупроводниково устройство, Новият процес, разработен от екипа, подобрява производителността на тънките филмови транзистори с повече от 200%, намалява разликата с 67%, а максималният ток на шофиране надвишава 200 μA/μm, което е по-добро от IGZO, LTPS и други търговски материали. Той показва огромния потенциал за приложение на двуизмерни полупроводникови материали в индустрията за шофиране на дисплея. Тази работа е първата в света, която интегрира две нововъзникващи технологии на високопроизводителни двуизмерни полупроводникови TFT и Micro LED, което осигурява нов технически маршрут за бъдещото развитие на Micro LED технология на дисплея.
Горните произведения съответно са кръстени "Епитаксиален растеж на вафла-мащаб молибден дисулфид полупроводникови единични кристали на сапфир" (съответните автори са проф. Уанг Синран и проф. Уанг Джинлан от Югоизточния университет) и "Три измерения монолитен Micro LED дисплей, задвижван от атомно-тънка транзисторна матрица" (съответните автори). Той е публикуван онлайн в Природата Нанотехнологии наскоро.
Тази серия от работа е подкрепена от проекти като Проекта за основни изследвания на граничната водеща технология на провинция Jiangsu, Националната фондация за природни науки на Китай и Националната ключова R&D програма. Институт по оптика и механика Чанчун, Китайска академия на науките, Тианма Микроелектроника Ко, ООД, Нанкин Хуанксуан Полупроводник Ко, ООД и др.
