該方法可引導單晶在預先定義的中心區域開始生長

韓國京畿道，2026年11月6日 / PRNewswire / -- 在二維半導體製造中，控制晶體最初形成的位置一直是一項挑戰。漢陽大學及合作機構的研究人員開發出一種稱為「蝕刻通量介導的單中心成核」（Etching Flux-Mediated Single-Center Nucleation）的方法，可將晶體形成引導至特定位置，在400個位置上實現了超過99%的單晶生長。

在半導體製造中，成核即晶體最初開始形成的過程，它決定了晶體在何處以及如何生長。這對於有望用於下一代電子器件的二維（2D）半導體而言尤其重要。然而，傳統的區域選擇性生長方法，無法可靠地控制晶體在指定區域內部的起始形成位置，因此難以製備大尺寸單晶以及用於電子器件的精確對齊結構。

在2026年10月7日發表於《自然》（Nature）第658卷的一項研究中，韓國漢陽大學的 Woo - Hee Kim 教授及其同事介紹了一種 EF-SCN 方法。該方法利用氧化物阻擋層釋放的氧，來控制晶體開始形成的位置。

研究人員利用這一方法，在圖案化基底上透過金屬有機化學氣相沉積技術生長出了二維半導體二硫化鉬（MoS₂）。他們在每個指定的生長區域周圍設置了氧化鈪（HfO₂）阻擋層，該阻擋層在加熱至750攝氏度時會釋放氧。氧會蝕刻圖案邊界附近的材料，抑制這些區域的成核作用，並促使單晶在中心位置形成。隨著生長的持續，晶體會向外擴展，形成更大的單晶區域。

研究人員展示了在圖案陣列中穩定、位於中心的成核現象。隨著晶體的生長，它們填滿了各自指定的區域，形成了橫向尺寸達數微米的單晶畴。

研究人員還對該方法進行了改進，通過使用二氧化鋯替代 HfO ₂，實現了在更低溫度下的晶體生長。二氧化鋯具有更低的結晶溫度，可用作替代性的蝕刻通量阻擋層。這使他們能夠在低至430攝氏度的溫度下，生長出均勻、中心成核的三角形單晶 MoS ₂晶畴。

研究人員還進一步考察了生長條件如何影響晶體的形成。他們發現，作為硫源的二乙基硫醚流量，主要控制形成的晶核數量。流量過低可能導致無法成核，而流量過高則可能產生多個晶體。鉬前驅體流量則會影響晶體的生長距離。通過調節這些條件以及圖案尺寸，研究人員製備出了適合電晶體管集成的大尺寸晶體和線形通道。

研究人員製備出的晶體橫向尺寸約為8微米，並獲得了填滿10微米生長區域的單晶薄膜。在一片2厘米的襯底上，該方法實現了超過99%的單晶產率。

Kim 教授表示：「為了評估這些晶體的電子特性，我們團隊使用通過 EF-SCN 方法生長的 MoS 2 制備了場效應晶體管。」這些器件實現了最高 117 cm 2 V⁻¹ s⁻¹ 的場效應遷移率。研究團隊在單個晶體內集成了 4 個晶體管，電子遷移率的差異僅為 7.8%，顯示出構建更高密度、性能更一致電子电路的潛力。

這些發現確立了 EF-SCN 作為一種可以控制晶體形成位置、晶體如何生長以及如何將其整合進電子器件的方法。

Kim教授表示：「這種方法突破了傳統區域選擇性生長的局限，能夠實現高度可重複的单晶生長，並為成核位置、晶体幾何形狀以及後續器件集成的可編程控制提供了一個通用框架。」

參考資訊

關於漢陽大學 ERICA 校區，網站： https :// www.hanyang.ac.kr / web / eng / erica-campus1

媒體聯絡人：Jin - Mo An，82-31-400-4947，[email protected]