韩国科研团队在二维半导体领域取得关键突破，解决了单晶材料生长中精确控制起始位置的难题。这项由韩国科学技术院（KAIST）、蔚山科学技术院（UNIST）、汉阳大学及初创公司TDS Innovation共同完成的研究，已于10月7日发表在《自然》杂志上。
EF-SCN技术实现高良率单晶生长
研究团队提出了一种名为“蚀刻-通量介导的单中心成核”（EF-SCN）的方法。其核心原理是在基底特定区域进行图案化设计，并利用氧化铪等氧化物屏障包围。在生长过程中，屏障释放氧气形成横向蚀刻通量，强烈抑制边缘的新晶体成核，迫使成核点仅出现在中心，随后向外生长填满整个图案。这种方法消除了晶界，避免了多晶合并导致的性能损失。
在二硫化钼（MoS₂）测试中，该技术在2厘米基底的400个位点中成功生成397个单晶，良率高达99.3%。基于这些单晶制造的器件场效应迁移率达到117 cm² V⁻¹ s⁻¹，刷新了选择性生长MoS₂的纪录。开启电流密度为每微米12微安，且大单晶内集成晶体管迁移率变化的相对标准偏差仅为7.8%，展现出极高的均匀性。
低温工艺兼容现有芯片制造
该技术可在低至430摄氏度的温度下工作，与后端工艺高度兼容。这意味着可以直接在现有硅逻辑电路或存储器上方原位生长二维沟道材料，无需通过转移工艺引入，从而规避了缺陷和对齐难题。随着摩尔定律缩放效应趋缓，原子级厚度的二维材料成为延续芯片性能提升的关键，而EF-SCN技术将晶体起始位置与生长过程解耦，为晶圆级高精度制造提供了可行路径。
相比近期《科学》杂志刊登的基础机理研究，韩国团队的成果更侧重于可制造的工艺流程。工程师现在可以通过编程图案尺寸和屏障强度，实现线形单晶、大尺寸单晶甚至横向异质结构的精准生长，为AI加速器等需要垂直集成的应用奠定了基础。
2030年商用目标与潜在挑战
TDS Innovation工程师Jony Jung表示，团队目标是在2030年左右实现二维半导体的商业化应用。他指出，物理AI和机器人技术对算力的迫切需求可能会推动这一进程提前，但具体时间表仍取决于后续验证。
尽管前景乐观，产业化仍面临挑战。目前演示仅限于2厘米基底，距离300毫米全尺寸晶圆尚有差距。此外，长期稳定性、介电层界面质量以及与n型/p型材料的集成仍需进一步攻关。TDS Innovation预计相关细节将在本十年末完善。若工艺开发顺利，这项源自实验室的“氧气技巧”有望成为芯片制造商构建高密度AI芯片的关键基石。