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MicroLED迎来全新技术路线:南大王欣然教授与天马合作在二维半导体领域获重大突破

MicroLED.cn MicroLED 2021-09-17 23:42:23 12668 0 | 文章出自:厦门名记、科教资讯 MicroLED

近日,南京大学电子科学与工程学院王欣然教授课题组,同天马微电子股份有限公司等单位合作,研究突破了二维半导体单晶制备和异质集成关键技术,为未来MicroLED显示技术发展提供了全新技术路线。

大多数人对梯田并不陌生,而王欣然教授团队此次主要的突破,便是在蓝宝石上构筑了“原子梯田”,从而实现了2英寸MoS2单晶薄膜的外延生长,而这在国际上属于首次。

而王欣然团队之所以选择蓝宝石作为衬底,主要是因为蓝宝石在成本、规模化生产以及兼容性方面都具有优势。而根据王欣然教授团队的研究成果来看,蓝宝石确实“表现不俗”。

在蓝宝石的加持下,王欣然教授团队此次以2英寸MoS2单晶薄膜为基础制备的场效应晶体管,综合性能已经达到目前国际现存报道中最高的水平。

而且,根据该团队的说法,该技术还适用于其他材料的单晶制备,这无疑为集成电路中新材料的应用奠定了基础。

其实,业界对于二维半导体的研究早已开始,甚至不少人将其看作是目前主流的硅基材料的替代品。

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所谓二维半导体,指的是类似于石墨烯结构、带有合适带隙的半导体材料结构,而这种二维结构也被看作是打破摩尔定律限制的新希望。

自二维半导体的概念被提出以来,业界便不断进行着二维半导体材料的探索,比如过渡金属硫族化合物、氮化硼等,共计数十种。

而与传统的硅基材料相比,二维半导体在多个应用场景均表现优异。以王欣然教授团队此次取得的突破为例,该团队提出的MoS2 薄膜晶体管驱动电路技术,对薄膜晶体管性能的提升超过200%,表现优于传统材料。

且当MoS2 薄膜晶体管驱动电路技术与MicroLED 显示芯片技术相结合时,便可以为如今的Micro-LED 显示技术提供全新的技术思路,在车载显示、微显示等领域都将有较为广泛的应用。

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这无疑极大推动了国内芯片产业链在二维半导体材料领域的研究。要知道,目前国内的芯片生产仍受制于摩尔定律,如果能够在原材料端取得突破,无疑为国内芯片企业的弯道超车提供了可能。

不过,目前二维半导体的研究和应用并没有走向完全成熟,挑选出合适的半导体材料、通过实验测试以及性能评估等,均需要大量的时间支持和研发投入。

好在,国内在该领域的研究已在加速。今年4月份,北京大学叶堉研究员课题组也在二维半导体单晶制备研究中获得了较大的进展。

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据王欣然介绍,得益于全世界研究人员的勤奋努力,二维半导体仅用了十年便取得了飞跃式的发展,无论是材料、器件,还是集成电路本身,均起到了推动发展的作用。但是,挑战也同样存在于各个层面,例如,从材料角度而言,南京大学这次实现了2英寸单晶的生长,为更大尺寸单晶指明了方向,但目前硅单晶晶圆已经做到了12英寸甚至更大,二维半导体在这方面仍相距甚远。

此外,器件尺寸距离预期的1nm节点所需要的性能、均一性、可靠性仍存在巨大差距,器件模型、结构、工艺也没有形成确定方案。二维材料集成电路设计、架构设计以及原型芯片演示依旧停留在较为初期的阶段。

“毕竟硅基半导体目前还是在技术金字塔顶端,并且在未来3—5年内硅基半导体通过材料、结构、架构优化依旧有较大的提升空间,因此目前硅基依旧占据着性能、功耗、尺寸等全方位优势,这也降低了产业界的迫切性。同时,硅基的极限也已经被产业界普遍认可,这也是最近一两年包括Intel、台积电等业界巨头纷纷开始二维半导体研究的重要原因。

王欣然教授介绍:

王欣然,虽然是一个80后年轻人,但是已经在新一代电子信息材料领域的学术竞争中崭露头角,率先取得了一系列重要的原创性成果。

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凭借不俗的学术科研成就,他以首批青年千人身份被引进回国,先后成为年轻的国家杰青和长江特聘教授,目前是南京大学电子科学与工程学院教授、博士生导师,南京大学最牛的80后。

奥赛一等奖保送南京大学

年仅十九岁的王欣然就在物理学科上展现出了浓厚的兴趣,在获得山东省物理奥赛一等奖后,以优异的成绩保送到了南京大学物理系求学。

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南京大学物理学科研究迄今已有100多年的历史,曾在2012年第三轮学科评估中排名全国第一,2006年更是斩获国家自然科学一等奖,是南京大学最顶尖的学科之一。

对物理具有强烈兴趣的王欣然,来到南京大学物理系学习后可以说如鱼得水,在四年的本科学习中,他以全系第一的成绩和多篇SCI的论文成果获得世界名校的橄榄枝,以全额奖学金的荣誉前往美国斯坦福大学深造。

破格晋升教授两上《新闻联播》

王欣然在美国博士后工作结束后,作出了令人惊讶的决定,放弃多所美国知名大学和研究所提供的优厚待遇,毅然决定回国前往母校南大任教。

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他表示,回国不需要什么理由,选择南大不需要理由,“我的起点在母校,我的落脚点也在母校!”

2011年,王欣然重返母校南京大学,并被破格晋升为教授。王欣然带领南大团队接连在世界顶刊上登载了五篇论文,其中观测到单层有机晶体中的分子结构对电子运输的影响,这在全世界还是首次!

王欣然的出色表现也获得了《新闻联播》的关注,2016年,王欣然两次登上《新闻联播》,并以《原创创新,引领科技前沿》为题进行了专题采访报道。

平易近人却严格得让人害怕

王欣然不仅是一位优秀的科研工作者,还是一位称职合格的教师。“生活中的王老师平易近人,但遇到科研问题,却严格得让人害怕。”这是学生对王欣然的评价。

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他要求自己的学生每周都要研读相关领域最新科技前沿文章,开拓自己的国际学术视野,如今他教授的几十名学生中已有不少人进入斯坦福大学、东京大学等名校深造。

目前,王欣然已经在《自然》《科学》等国际著名期刊上发表了59篇论文,SCI他引次数超过9000次,80后的王欣然已经成长为南京大学青年一代的中流砥柱。

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