中科院突破：直接键合制备高质量二维半导体叠层

中国科学院物理研究所与北京凝聚态物理国家研究中心的张广宇研究团队近日取得重要突破，成功研发出一种新型直接晶圆键合及解键合技术，实现了高质量、晶圆级二维半导体叠层结构的精准制备。该研究成果已获国际权威期刊《自然·电子学》报道，标志着二维半导体材料在集成电路领域的应用迈出了关键一步。

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二维半导体因其独特的电子特性，被视为下一代集成电路的核心沟道材料。然而，传统制备工艺难以同时实现层数精确控制、转角度均匀性与晶圆级规模化生产。研究团队通过直接键合-解键合技术，在真空或惰性气体手套箱环境中完成操作，避免了介质转移带来的污染问题，成功构建出表面超洁净、层间转角均匀的二维半导体叠层结构。

实验表明，该技术以蓝宝石衬底上外延生长的单层二硫化钼、二硒化钨等二维材料为起点，可灵活制备同质或异质叠层晶圆。通过原子力显微镜、扫描透射电子显微镜等先进表征手段验证，制备的叠层结构展现出优异的界面质量，层间转角偏差控制在晶圆级均匀范围内。

除叠层制备外，这项技术还实现了单层二维材料从蓝宝石到高κ介质衬底的直接转移。与传统湿法转移相比，键合-解键合工艺保留了材料本征电学性能，制备的场效应晶体管迁移率提升30%以上，开态电流增加25%，阈值电压波动降低40%，充分证明该技术在器件性能优化方面的显著优势。

该技术完全兼容主流的半导体制造工艺，为推动二维半导体规模化应用中的叠层构建与材料转移难题提供了创新方案。业界专家指出，这项突破将有效缩短二维半导体从实验室研究到产业化的周期，为开发高性能、低功耗的下一代集成电路奠定技术基础。