El equipo de la Universidad de Nanjing logró un avance clave en el campo de los semiconductores bidimensionales
El grupo de investigación del profesor Wang Xinran de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Electrónicas de la Universidad de Nanjing se centró en los temas anteriores y logró avances en tecnologías clave de preparación de semiconductores monocristalinos bidimensionales e integración heterogénea, proporcionando nuevas ideas para El desarrollo de los circuitos integrados en la era post-Moore. Los resultados de una investigación relevante se publicaron recientemente en Nature Nanotechnology.
Los materiales semiconductores monocristalinos son la piedra angular de la industria microelectrónica. En comparación con las principales obleas de silicio monocristalino de 12 pulgadas, la preparación de semiconductores bidimensionales aún se encuentra en la etapa de tamaño pequeño y policristalino. El desarrollo de películas monocristalinas de gran superficie y alta calidad es el primer paso hacia circuitos integrados bidimensionales. Sin embargo, durante el proceso de crecimiento de materiales 2D, se generan aleatoriamente millones de granos microscópicos. Sólo controlando la dirección de disposición estrictamente consistente de todos los granos de cristal es posible obtener un material monocristalino completo.
El zafiro es un sustrato ampliamente utilizado en la industria de semiconductores y tiene ventajas sobresalientes en producción en masa, bajo costo y compatibilidad de procesos. El equipo colaborativo propuso un plan para construir artificialmente un "paso" a escala atómica cambiando la dirección de los pasos atómicos en la superficie del zafiro.
El crecimiento direccional de TMDC se logra utilizando el mecanismo de nucleación inducida direccional de "pasos atómicos". Basándose en este principio, el equipo logró por primera vez en el mundo el crecimiento epitaxial de una película monocristal de MoS2 de 2 pulgadas.
Debido a la mejora en la calidad del material, la movilidad y la densidad de corriente de los transistores de efecto de campo basados en monocristales de MoS2 alcanzan los 102,6 cm2/Vs y 450 μA/micra, que es una de las más altas. Actuaciones integrales reportadas a nivel internacional. Al mismo tiempo, esta tecnología tiene una buena universalidad y es adecuada para la preparación de monocristales de otros materiales como MoSe2. Este trabajo sentó las bases materiales para la aplicación de TMDC en el campo de los circuitos integrados.
El avance de los materiales monocristalinos de gran superficie ha hecho posible aplicar la tendencia de los semiconductores bidimensionales. En el segundo trabajo, basado en años de acumulación de investigación sobre semiconductores de tercera generación y combinado con la última solución de semiconductor monocristalino bidimensional, el equipo colaborativo del Instituto de Electrónica propuso un micro-LED de ultra alta resolución basado en MoS2. Circuito de accionamiento de transistores de película fina e integración monolítica de soluciones técnicas.
Micro LED se refiere a una tecnología que utiliza LED de nivel micrométrico como unidades de píxeles emisores de luz y se ensambla con módulos de unidad para formar una matriz de visualización de alta densidad. En comparación con los LCD actuales, los diodos emisores de luz orgánicos y otras tecnologías de visualización, Micro-LED tiene ventajas de generación cruzada en brillo, resolución, consumo de energía, vida útil, velocidad de respuesta, estabilidad térmica, etc., y es un próximo reconocimiento internacional. -Tecnología de visualización de generación. Sin embargo, la industrialización de Micro-LED todavía enfrenta muchos desafíos.
En primer lugar, es difícil satisfacer los requisitos de conducción de unidades de visualización de alta densidad en tamaños pequeños. En segundo lugar, es difícil que la tecnología de transferencia masiva popular en la industria satisfaga las necesidades de desarrollo de la tecnología de visualización de alta resolución en términos de costo y rendimiento. Especialmente las aplicaciones de resolución ultraalta, como AR/VR, no solo requieren una resolución superior a 3000 PPI, sino que también requieren que los píxeles de la pantalla tengan una frecuencia de respuesta más rápida.
Para el campo de las micropantallas de alta resolución, el equipo colaborativo propuso una solución técnica para la integración monolítica 3D de circuitos de accionamiento de transistores de película delgada MoS2 y chips de pantalla micro-LED basados en GaN. El equipo desarrolló una tecnología de integración heterogénea monolítica de baja temperatura que no es una "transferencia a gran escala" y utilizó un proceso de fabricación de semiconductores TFT bidimensionales de gran tamaño casi sin pérdidas para lograr una micropantalla de alto brillo y alta resolución de 1270 PPI. que puede satisfacer las necesidades de futuras micropantallas, pantallas montadas en vehículos, comunicación de luz visible y otras aplicaciones de campo cruzado.
Entre ellos, en comparación con el proceso tradicional de dispositivos semiconductores bidimensionales, el nuevo proceso desarrollado por el equipo mejora el rendimiento de los transistores de película delgada en más de un 200 %, la diferencia se reduce en un 67 % y la corriente máxima de accionamiento supera los 200 μA/micrón, lo que es mejor que IGZO y LTPS y otros materiales comerciales, lo que demuestra el enorme potencial de aplicación de los materiales semiconductores bidimensionales en la industria de controladores de pantalla.
Este trabajo integra TFT semiconductor bidimensional de alto rendimiento y Micro-LED por primera vez en el mundo, proporcionando una nueva ruta técnica para el desarrollo futuro de la tecnología de pantalla Micro-LED.
El trabajo anterior se completó sobre la base del "Crecimiento epidemiológico de monocristales semiconductores de molibdeno a nivel de oblea en zafiro" (los autores correspondientes son el profesor Wang Xinran y el profesor Wang Jinlan de la Universidad del Sureste) y "tres- dimensional". "Una pantalla micro-LED monolítica impulsada por una matriz emisora atómicamente delgada" (escrito por los profesores Shi Yi y Zhang Rong) se publicó recientemente en línea en Nature Nanotechnology.