顶刊AM：北京大学 实现二维Bi₂O₂Se单晶无损转移，破解芯片集成难题

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北京大学彭海琳教授、谭聪伟副研究员课题组在《Advanced Materials》发表重磅成果，首创应力调控干法转移技术，首次实现4英寸的无裂纹、高洁净二维Bi₂O₂Se单晶晶圆向硅基晶圆的单片三维集成，为后摩尔时代二维半导体芯片规模化应用筑牢核心技术根基。

二维硒氧化铋（Bi₂O₂Se）具备高载流子迁移率、原子级厚度、清洁无悬挂键界面等优势，可原位形成高κ栅介质，是延续摩尔定律、突破硅基器件极限的关键候选材料。目前该材料已能在异质衬底上实现晶圆级外延生长，但大面积无损转移一直是工业化应用的核心瓶颈——传统转移法易出现薄膜开裂、尺寸受限、界面污染、性能衰减等问题，无法满足芯片集成要求。

针对行业痛点，科研团队创新提出金属薄膜应力精准调控策略，构建HfO₂/Ni/Cu/热释胶带（TRT）复合型转移介质：拉伸应力Ni膜提供应变能，实现Bi₂O₂Se与衬底完整剥离；无应力Cu膜提升韧性，从根源抑制裂纹；5nm HfO₂层隔绝刻蚀液侵蚀并保障柔性贴合；配合热释胶带实现全程干法操作，最大程度减少材料损伤与界面污染。

该技术成功实现4英寸Bi₂O₂Se单晶薄膜无裂纹转移，薄膜表面粗糙度低至0.63nm，完美保留高结晶质量与单晶结构，还可实现逐层精准堆叠，构建双层、三层垂直异质结构，为单片三维集成提供可行方案。

基于该薄膜制备的顶栅场效应晶体管阵列表现出卓越性能：室温载流子迁移率最高达150cm²・V⁻¹・s⁻¹，开关比高达10⁶，器件迟滞仅0.2V，关键指标全面满足国际器件与系统路线图（IRDS）2031年先进半导体材料要求，性能远超现有同类转移技术。

此项科研成果不仅攻克了二维材料晶圆级集成难题，还可拓展应用于二硫化钼等主流二维半导体体系，为新型晶体管、三维集成芯片、光电子器件研发提供通用技术方案，有力推动我国二维半导体芯片产业化。

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