Two-dimensional semiconductor materials, represented by transition metal dichalcogenides (TMDCs), have the characteristics of extreme thickness, high mobility, and back-end heterogeneous integration. They are expected to continue Moore's law and realize integrated circuits with three-dimensional architecture. and industry attention. After nearly a decade of development, two-dimensional electronics has made great progress, but there are still challenges in the preparation of large-area single crystals, key device processes, and compatibility with mainstream semiconductor technologies.
난징 대학교 전자 공학부의 왕 Xinran Wang 교수 연구 그룹은 위의 문제에 중점을 두고 2차원 반도체 단결정 제조 및 이종{1}} 핵심 기술의{0}주요 기술 혁신을 연구했습니다. 통합, 포스트{2}}무어 시대에 집적 회로 개발을 위한 새로운 아이디어를 제공했습니다. 최근 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)에 관련 연구 결과가 발표됐다.
Building "atomic terraces" down-to-earth, breaking through two-dimensional semiconductor single crystal epitaxy
반도체 단결정 재료는 마이크로일렉트로닉스 산업의 초석입니다. 주류 12{1}인치 단결정 실리콘 웨이퍼와 비교할 때 2차원 반도체의{2}}준비는 여전히 소규모{3}}다결정 단계에 있습니다. 대면적의{4}}고품질{5}}단결정 박막 개발은 2차원 집적 회로를 향한{6}}첫 번째 단계입니다. . 그러나 2차원 물질이 성장하는 동안{7}} 수백만 개의 미세한 칩이 무작위로 생성되며 모든 칩을 엄격하게 일관된 배열 방향을 유지하도록 제어함으로써 모놀리식 단결정 물질을 얻을 수 있습니다.
Sapphire is a widely used substrate in the semiconductor industry and has outstanding advantages in mass production, low cost and process compatibility. The collaborating team proposed a scheme to artificially construct atomic-scale "terraces" by changing the direction of the atomic steps on the sapphire surface. The directional growth of TMDCs was achieved by the directional induced nucleation mechanism of "atomic terraces".
Based on this principle, the team achieved the epitaxial growth of a 2-inch MoS2 single crystal film for the first time in the world. Thanks to the improvement of material quality, the mobility of field effect transistors based on MoS2 single crystal is as high as 102.6 cm2/Vs, and the current density reaches 450 μA/μm, which is one of the highest comprehensive performances reported internationally. At the same time, the technology has good universality and is suitable for the preparation of single crystals of other materials such as MoSe2. This work has laid a material foundation for the application of TMDC in the field of integrated circuits.
별을 올려다보면{0}2차원 반도체가 미래의 디스플레이 기술에 빛을 가져다줍니다.
대면적의{0}단일{1}결정 재료의 획기적인 발전으로 2차원 반도체의{2}}적용이 가능해졌습니다. 두 번째 작업에서는 최신 2차원 반도체 단결정 솔루션과 결합된 3세대{3}}다년간의{3}}반도체 연구를 바탕으로 전자 학교의 협력 팀이 모놀리식 통합 울트라 -고해상도{6}}MoS2 박막 트랜지스터 드라이버 회로를 기반으로 하는 마이크로 LED 디스플레이. 기술 솔루션.
마이크로 LED는 미크론{0}스케일의 LED를 발광 픽셀 단위로 사용하고 이를 구동 모듈과 조립하여{2}고밀도 디스플레이 어레이를 형성하는 기술을 말합니다. LCD 및 OLED와 같은 현재 주류 디스플레이 기술과 비교할 때 Micro LED는 밝기, 해상도, 에너지 소비, 서비스 수명, 응답 속도 및 열 안정성 측면에서{3}세대 간 이점이 있으며 국제적으로 인정받는 차세대{3}입니다. {4}}세대 디스플레이 기술.
그러나 마이크로 LED의 산업화는 여전히 많은 과제에 직면해 있습니다. 첫째, 작은 크기의{0}고밀도 디스플레이 장치의 구동 요구 사항을 맞추기가 어렵습니다. 둘째, 업계에서 널리 사용되는 대량 전송 기술은 비용 및 수율 측면에서{1}고해상도 디스플레이의 개발 요구를 충족하기 어렵습니다. 특히 AR/VR과 같은{2}고해상도{3}} 애플리케이션의 경우 해상도가 3000PPI를 초과해야 할 뿐만 아니라 디스플레이 픽셀이 더 빠른 응답 주파수를 가져야 합니다.
The cooperative team aimed at the field of high-resolution micro-display, and proposed a technical solution for the 3D monolithic integration of MoS2 thin-film transistor driver circuit and GaN-based Micro LED display chip. The team developed a non-"massive transfer" low-temperature monolithic heterogeneous integration technology, using a nearly non-destructive large-size two-dimensional semiconductor TFT manufacturing process, to achieve a high-brightness, high-resolution microdisplay of 1270 PPI, which can meet the needs of future microdisplays. Display, vehicle display, visible light communication and other cross-field applications.
Among them, compared with the traditional two-dimensional semiconductor device process, the new process developed by the team improves the performance of thin film transistors by more than 200 percent , reduces the difference by 67 percent , and the maximum driving current exceeds 200 μA/μm, which is better than IGZO, LTPS and other commercial materials. It shows the huge application potential of two-dimensional semiconductor materials in the display driving industry. This work is the first in the world to integrate two emerging technologies of high-performance two-dimensional semiconductor TFT and Micro LED, which provides a new technical route for the future development of Micro LED display technology.
The above works are respectively named "Epitaxial growth of wafer-scale molybdenum disulfide semiconductor single crystals on sapphire" (corresponding authors are Prof. Wang Xinran and Prof. Wang Jinlan of Southeast University) and "Three dimensional monolithic Micro LED display driven by atomically-thin transistor matrix" (corresponding authors). It was published online in Nature Nanotechnology recently.
This series of work has been supported by projects such as Jiangsu Province's Frontier Leading Technology Basic Research Project, the National Natural Science Foundation of China, and the National Key RD Program. Changchun Institute of Optics and Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Tianma Microelectronics Co., Ltd., Nanjing Huanxuan Semiconductor Co., Ltd., etc.
