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作者：左浩松;刘一禾;陈匡磊;胥如峰;张铮;张先坤;张跃;
单位：北京科技大学前沿交叉科学技术研究院;后摩尔时代芯片关键新材料与器件教育部重点实验室;新能源材料与技术北京市重点实验室;北京科技大学未来芯片关键材料与技术集成创新中心;新金属材料全国重点实验室;
摘要：作为后摩尔时代集成电路发展的关键候选材料之一，二维二硫化钼（MoS_2）晶圆级高质量制备是其产业化应用的重要基础。当前基于蓝宝石衬底的化学气相沉积（CVD）法虽可实现大尺寸MoS_2薄膜生长，但受限于气相MoO_3在蓝宝石AlO界面上吸附能力较弱导致的钼源不均匀沉积，造成了薄膜翘曲和裂纹缺陷等问题。研究提出了一种蓝宝石衬底表面预制备Al-O-Mo-O化学键合修饰层的生长策略，成功生长出均匀连续、高覆盖率的2英寸单层MoS_2晶圆。该方法通过在预退火沉积的过程中，提供稳定的氧气氛围，有效减弱了蓝宝石表面悬挂键，同时在蓝宝石衬底表面构筑了Al-O-Mo-O修饰层，为气相MoO_3沉积提供稳固的锚定位点，增强了MoO_3反应源在界面上的吸附作用，促进了气相钼源在衬底上的均匀吸附沉积和均匀硫化，最终获得高覆盖率单层MoS_2薄膜。基于此薄膜构建的顶栅晶体管阵列性能展现出优异的一致性，最高开关比达10~7，最大开态电流达10~(-5)A，器件良率超过96%。研究提出的衬底修饰方法为蓝宝石基高质量MoS_2薄膜的可控制备提供了新方案，优化了现有制备工艺体系，对推动二维材料在集成电路中的应用具有积极意义。
关键词：MoS_2;;前驱体;;MoO_3;;薄膜覆盖率;;化学气相沉积
基金资助：国家自然科学基金项目(62204012;62322402;52225206;52350301);; 国家重点研发计划项目(2022YFA1203800)
