吴燕庆：基于大面积双层MoS2的可扩展高性能射频电子设备

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二维半导体因其原子级的薄体和优异的载体传输性能而在诸如传感器、存储器以及逻辑应用等新兴的电子产品领域应用中受到极大的关注。无线通信中的柔性电子器件是目前最有前景的领域之一，其中柔性无源元件和有源元件取得了快速发展。尽管石墨烯晶体管在有源射频元件中广受关注，石墨烯的无间隙性质导致这些晶体管中的电流饱和度和输出电导率较差，对于放大和混合高频信号是不利的。最近，基于MoS2等二维过度金属硫化物的高频晶体管和电路方面取得了很大研究进展，其能够克服石墨烯的上述关键缺点。为了获得低成本、可扩展的解决方案，许多研究小组发展了利用化学气相沉积（CVD）大面积合成MoS2原子薄膜的方法。基于CVD生长单层MoS2的柔性聚酰亚胺基板上的射频晶体管参数仍远低于基于剥离MoS2的器件，因而严重限制了它们的高频应用。双层MoS2的载流子迁移率要高于单层的载流子迁移率，但是通过CVD方法生长的双层MoS2尺寸小且迁移率较差，限制了其器件性能。

近日，华中科技大学吴燕庆教授课题组报道了一种通过调控CVD生长期间MoO3前体重量来实现熔融玻璃上具有高迁移率、大面积双层MoS2的制备方法。利用该方法可以获得高达200 μm的畴尺寸，并且所得到的单晶三角形双层MoS2展现出36 cm2 V−1 s−1的室温电子迁移率。具有优化的高κ电介质的高性能晶体管在300 K时能够提供427 μA μm-1的导通电流，同时在4.3 K时提供了1.52 mA μm-1创纪录的高导通电流。此外，射频晶体管的外部高截止频率为7.2 GHz，记录的外部最高振荡频率为创纪录的23 GHz。该成果以题为"Scalable high performance radio frequency electronics based on large domain bilayer MoS2"发表在国际著名期刊Nature Communications上。

本文报道了一种通过调控CVD生长期间MoO3前体重量来制备具有高迁移率、大面积双层MoS2的方法，通过优化的生长条件可以实现尺寸高达200 μm。基于双层MoS2制造的晶体管显示出高场效应迁移率以及高导通电流。此外，基于这些双层MoS2的高性能射频晶体管被证明具有基于顶门控射频晶体管创记录的高外部fT和fmax。该工作展示了CVD双层MoS2在高频应用和灵活无线通信方面的巨大潜力。

文献链接：Scalable high performance radio frequency electronics based on large domain bilayer MoS2 (Nat. Commun. 2018, DOI: 10.1038/s41467-018-07135-8)