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突破柔性电子瓶颈！西湖大学首创氧化物干法转移 实现晶圆级单晶二硫化钼高质量集成
2026年04月28日 14:29:36
来源：化工仪器网 点击量：4929
西湖大学孔玮、朱博文研究团队在国际顶级期刊《Nature Electronics》发表突破性成果，创新性提出基于高k氧化铝介质层的氧化物干法转移策略，成功完成4英寸晶圆级单晶二硫化钼（MoS₂）薄膜向柔性基底的无损集成，彻底解决传统湿法转移带来的表面污染与性能衰减问题。
近日，西湖大学工学院孔玮教授、朱博文研究员带领团队在《Nature Electronics》刊发重要研究论文，报道了一种全新的氧化物干法转移技术，成功攻克长期制约二维过渡金属硫族化合物(TMDC)在柔性电子领域应用的关键瓶颈，为下一代柔性、低功耗、高灵敏度电子器件奠定重要基础。
以二硫化钼(MoS₂)为代表的原子级薄层二维半导体材料，兼具出色机械柔韧性与高电子迁移率，是柔性场效应晶体管、逻辑电路、传感器件的理想半导体通道材料。通过化学气相沉积(CVD)在蓝宝石衬底上可制备大面积、高质量的单晶MoS₂薄膜，但要实现柔性应用，必须将其从刚性生长衬底转移至柔性基底。
传统转移工艺普遍采用湿法转移，需要使用 PMMA 等聚合物载体以及水、有机溶剂等介质，在转移过程中极易在 MoS₂表面留下残留污染物，造成界面缺陷增多、载流子迁移率下降、器件稳定性变差等问题，严重限制了柔性器件的真实性能发挥，也难以满足晶圆级规模化制造需求。
为从根本上解决这一行业痛点，西湖大学团队提出基于氧化铝(Al₂O₃)介质层的氧化物干法转移新路线。该技术全程不使用任何聚合物载体与有机溶剂，避免了溶剂浸泡、高分子残留、界面污染等负面影响，最大程度保留了单晶MoS₂原本的电学特性与材料完整性。
其核心技术路径为：先在蓝宝石衬底上生长的单晶MoS₂表面沉积高 κ 氧化铝作为支撑与隔离层，利用氧化物与MoS₂之间稳定的界面相互作用实现牢固结合，再通过可控剥离完成从刚性衬底到柔性目标基底的无缝转移。整个过程清洁、无损、可放大，首次实现4英寸晶圆级单晶MoS₂的均匀、高质量柔性集成。
性能测试结果显示，采用该干法转移工艺制备的柔性MoS₂场效应晶体管阵列表现出媲美刚性基底器件的顶级性能：
最高载流子迁移率达到117 cm²V⁻¹s⁻¹
亚阈值摆幅低至68.8 mV dec⁻¹
开关电流比高达10¹²
这一数据在已报道的大面积柔性二维半导体器件中处于国际领先水平，证明干法转移可真正实现 “刚性性能、柔性形态”。
在此基础上，研究团队进一步构建了基于MoS₂的柔性逻辑反相器，并使其工作在亚阈值区域。该反相器实现了218的高电压增益，同时功耗仅1.4 pW μm⁻¹，兼具超高增益与极低功耗特性，为低功耗柔性电路、可穿戴传感前端提供理想解决方案。
更具应用价值的是，团队将柔性MoS₂晶体管阵列与压力传感器集成，构建有源矩阵触觉传感系统(AM-TS)，并成功集成到机器人夹持器上，实现对物体表面的实时触觉成像、压力分布映射与物体识别功能。这一演示验证了该技术在智能机器人、电子皮肤、人机交互、医疗康复等领域的巨大应用潜力。
业内专家评价，此项成果将二维材料的转移技术从 “湿法污染时代” 带入 “干法洁净时代”，同时解决了大面积均匀性、界面洁净度、器件高性能、工艺可量产四大核心难题，为柔性显示、可穿戴医疗设备、柔性芯片、智能传感等产业提供关键底层技术支撑。
随着氧化物干法转移技术的不断优化与推广，以MoS₂为代表的二维半导体有望快速进入工业化应用，推动柔性电子产业进入更高性能、更低功耗、更大面积的全新发展阶段。
相关论文：Wafer-scale integration of single-crystalline molybdenum disulfide for flexible electronics using oxide dry transfer
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