4月18日，湖南大学段曦东教授课题组在海内顶级期刊NaturNanotechnolog线发表题为“Endoepitaxigrowthofmonolaymosaicheterostructur研究论文，该研究报告了一种激光加工、各向异性热刻蚀连系精准面内外延的通用建造战略，制备了具有原子级锐利界面的单层过渡金属硫族化合物（TMD面内镶嵌异质结阵列。文章发表后，北京大学刘开辉教授对该研究论文执行了专题亮点报道批评，并于4月20日在线发表于NaturNanotechnolog上。
五十多年来，守旧硅基半导体芯片产业遵照摩尔定律畅旺成长。随着硅基晶体管栅长度持续微缩和器件结构优化，面前集成电路迎来了亚10纳米节点。为预防蒙受重大的短沟道效应，沟道材料特征厚度需减少至1-3纳米,但由于详情悬空键的存在该厚度下的守旧硅基沟道材料与电介质界面处的电荷载流子散射大幅度增添，导致迁移率等性能严重进化。二维（2D材料具有原子薄的厚度、无悬挂键的概况，单个或几个原子层厚度下仍呈现出优异的电子学特征，可有效免疫短沟道效应。是以，2D材料有可能为1.5纳米节点供给一种可行的处置惩罚计划，这一想法已经在最近宣布的2020年海内设备与系统路途图(IRDS中得到考证。
实现二维材料在新一代集成电路中的操纵环节在于制备高质量二维材料单晶和空间组分、电子结构高度可调的二维异质结构。经过十几年的钻研，已经成功制备了米级单晶石墨烯、分米级单晶六方氮化硼和晶圆级单晶过渡金属硫族化合物。二维半导体面内异质结阵列是集成具有不合电子和光电特性的二维半导体模块的关键步调，能够实现丰硕的异质构成并用于高密度超薄器件，为未来电子学生长供给全新能够。制备单层半导体异质结阵列的环节在于实现二维材料的原子级精度的加工。但是，保守的光刻和刻蚀工艺容易在二维详情上造成不可控的残留和损伤，很难满足二维材料的加工精度请求，使得面内异质结阵列结构很难完成。是以，生长全新的原子级加工手段实现阵列化面内异质结迫在眉睫。
有鉴于此，段曦东教授（通讯作者）课题组陈述了一种激光加工、各向异性热刻蚀连系精准外延的通用建造战略，制备了具有原子级锐利界面的2D过渡金属硫族化合物（TMD面内异质结阵列。保守的光刻和加工工艺中，界面吸附战沾染物残留成就会导致内在过程中不可控的随机成核。通过生长全新的激光加工工艺和各向异性热刻蚀工艺，有力降服了上述困难，失掉了原子级清洁的边缘界面，可作为另一种TMD晶体的优先生长前沿，再把持反向气流内在分化技巧，精准控制生长源的开释，实现其在原2D晶体的边缘精准横向成核与外延，可控制备了2DTMD横向异质阵列。该加工方式揭示了高度稳定和可调的原子级加工精度，别的，通过精确控制激光加工位点、热刻蚀加工温度和时间，2DTMD横向异质阵列的状况与图案可以或许得到完美节制。体系的微观结构和光谱特征揭示了二维镶嵌异质结构中化学成分、晶格应变和电子带隙的高度邃密的周期性调制（图1同时，高分辨球差透射电子显微镜证实了镶嵌异质结构中的原子尖锐和清洁的界面。
该研究合成的镶嵌异质结构展现出对化学成分和晶格应变的系统可调调制，这反过来又可以在原子薄的二维晶体中产生空间调制的电子能带结构和潜在景观。该研究为2D资料的慎密加工供应了全新的思绪，单层镶嵌异质布局的强劲促进展现了史无前例的分化控制程度，标识表记标帜着朝着为底子研究和从二维异质结构斥地错乱器件和集成电路建立稳重的材料底子迈出了关键一步。
图1二维面内异质结阵列的制备体式格局及表征
湖南大学化学化工学院段曦东教授是该工作的通讯作者，中南大学物理与微电子学院特聘教授张正伟（以湖南大学化学化工学院博士生身份加入本工作，现已经入职中南大学）湖南大学化学化工学院博士研究生黄子为、湖南大学化学化工学院副教授李佳是该工作的第一作者。该工作的重要独做者还包含加州大学洛杉矶分校的段镶锋教授、湖南大学化学化工学院刘松教授、中国科技大学林岳研究员。该工作得到来自国家造作科学基金、湖南省创新个体项目和国家双一流经费等项目的帮助。