二維過渡金屬硫化物半導體被國際器件與系統(tǒng)路線圖（IRDS）列為后摩爾時代CMOS技術持續(xù)迭代的有力候選材料，但還面臨高質量單晶晶圓生長、金半歐姆接觸、CMOS集成、設計與工藝協同優(yōu)化（DTCO）等難題。近日，東南大學材料科學與工程學院陶立教授與信息科學與工程學院、集成電路學院和南京大學集成電路學院及蘇州實驗室合作者在Advanced Functional Materials和Nature Electronics上發(fā)表了相關最新研究進展。

現有二維p型半導體及前端器件性能落后于n型，在晶圓級單晶制備與界面空穴輸運優(yōu)化上仍面臨挑戰(zhàn)。陶立團隊和信息科學與工程學院陸衛(wèi)兵教授、集成電路學院孫立濤教授、南京大學李衛(wèi)勝教授通過可視化柵介電質篩選，實現了高空穴遷移率的二維硒化鉑（PtSe2）晶體管原子級界面的精準構筑并演示了射頻通信功能。相關研究成果以“Visualized Dielectric Screening Enhanced Hole-Mobility in 2D PtSe2 for Wireless Communication（可視化介電篩選增強的二維PtSe2空穴遷移率以用于無線通信）”在線發(fā)表于Advanced Functional Materials（《先進功能材料》）。

本工作展示了2英寸二維PtSe2晶圓的后道工藝兼容生長（制備溫度低于400 °C）及其柵介電界面的原子級調控，提升了場效應晶體管的空穴遷移率至36.5 cm2V-1s-1，達到同類小尺寸單晶的中上水平。通過引入柵-半界面兩種散射機理的可視化表征，揭示了對于二維p型半導體晶體管（特別是雙柵GSG射頻器件）的空穴輸運存在一個最佳κ值區(qū)間，并實驗測得截止頻率可達GHz，為高性能PMOS開發(fā)和可穿戴無線通信技術應用提供了新的思路。繼團隊在應變調控二維PtSe2氣體傳感（ACS Nano 2023, 17, 11557）及其可穿戴傳感通信融合電路（IEDM 2024, 27-5）工作之后，本工作進一步加深了對二維p型PtSe2晶體管輸運原理的理解，有助于未來實現基于新型二維材料的感通融合可穿戴集成電路的開發(fā)與應用。

該論文第一作者為東南大學材料科學與工程學院博士生王哲涵和吳嫣玲碩士，陶立教授和劉熠辰副研究員為共同通訊作者。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202521476

在面向集成電路的應用基礎研究中，二維過渡金屬硫化物晶體管在接觸柵極節(jié)距（CGP）縮放至20 nm以下的歐姆接觸是一項巨大挑戰(zhàn)。南京大學王欣然、李衛(wèi)勝團隊與東南大學陶立教授合作，通過MoS2與外延生長晶態(tài)半金屬銻的界面設計，在18 nm接觸長度下實現了低至98 Ω·μm的接觸電阻，制得的CGP=40 nm的場效應晶體管陣列顯示出優(yōu)異的驅動電流、開關比、亞閾值擺幅等性能，滿足IRDS 1nm技術節(jié)點的各項指標要求。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41928-025-01500-4

以上相關工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金（創(chuàng)新研究群體、重大培育等）、多項國家和省級人才計劃項目、江蘇省重點研發(fā)計劃、紫金青年學者等資助。

來源：東南大學新聞網