革命性可扩展工艺实现二维材料大面积集成至半导体制造
二维（2D）材料有巨大潜力，能提供比当今硅技术更小尺寸、更多功能的器件。但要利用这潜力，必须将 2D 材料集成进半导体制造线——一个以难著称的步骤。瑞典和德国的 Graphene Flagship 研究团队现报告一种新方法使其可行。
将 2D 材料与硅或带集成电子的衬底集成面临诸多挑战。“总有这个关键步骤：从特殊生长衬底转移到构建传感器或元件的最终衬底。”Graphene Flagship 合作成员 KTH 研究员 Arne Quellmalz 说。“你可能想把用于片上光通信的石墨烯光电探测器与硅读出电子结合，但那些材料的生长温度太高，无法直接在器件衬底上进行。”
目前大多数将 2D 材料从生长衬底转移到目标电子衬底的实验方法，要么不兼容大批量制造，要么导致 2D 材料及其电子性能显著退化。Quellmalz 等人提出的解决方案之美在于它在于半导体制造现有工具箱：使用标准介质材料双苯并环丁烯（BCB），配合常规晶圆键合设备。
“我们基本上用 BCB 树脂把两片晶圆粘合。”Quellmalz 说。“加热树脂至粘稠如蜂蜜，将 2D 材料压在其上。”室温下树脂固化，在 2D 材料和晶圆间形成稳定连接。“堆叠材料时，重复加热压合步骤。树脂再次变粘稠，表现得像缓冲垫或水床，支撑层叠并适应新 2D 材料表面。”
研究人员演示了石墨烯和二硫化钼（MoS₂，代表过渡金属二硫属化物）的转移，并堆叠石墨烯与六方氮化硼（hBN）和 MoS₂ 形成异质结构。所有转移层和异质结构据报质量高，即在高达 100 毫米硅晶圆上均匀覆盖，转移的 2D 材料应变极小。
据研究人员，其转移方法原则上适用于任何 2D 材料，与生长衬底尺寸和类型无关。且仅依赖半导体行业已通用的工具和方法，可大幅加速新一代器件上市，即 2D 材料集成在常规集成电路或微系统之上。这项工作是朝该目标的重要一步，虽仍有许多挑战，但潜在应用范围大：从光子学、传感到类脑计算。2D 材料集成可能成为欧洲高科技产业的真正游戏规则改变者。
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