文章核心观点 过渡金属二硫化物（TMDs）作为下一代晶体管沟道材料具有潜力，但在实现商业化生产前，仍需克服材料制备、集成工艺、接触电阻以及互补逻辑和散热等一系列基础性挑战 [1][12] 在硅衬底上直接生长 - 商业晶圆厂倾向于在最终衬底上直接生长TMD材料，以避免转移薄膜带来的复杂操作、污染和高成本 [3] - TMD的化学气相沉积通常需要超过600°C的高温，这会破坏底层介电层，且材料易受等离子体损伤，热膨胀系数不匹配会削弱附着力 [3] - 三星公司研究人员通过在MoS₂沟道上沉积一层薄的钝化氧化层，保护材料及界面，并利用氧气选择性氧化沟道边缘以增强结合力，防止分层 [3] - CEA-Leti与Intel的研究人员采用“沟道后处理”集成方案，在完成传统GAA晶体管大部分工艺后，去除现有硅沟道，并用原子层沉积的MoS₂或WSe₂填充沟道 [4] 建立接触 - 由于沟道仅有一到两个单层厚，表面损伤和污染对器件性能影响巨大 [6] - imec的研究团队在TMD沉积后，依次沉积氧化铝和HfO₂介电层，氧化铝层既保护MoS₂沟道，又作为粘附层，并通过选择性刻蚀技术实现多个后续工艺步骤 [6] - 台积电团队指出，目前PMOS TMD器件的接触特性与实际性能间存在最大差距，他们发现Pd/WSe₂接触界面处存在大量硒空位，可被磷掺杂剂填充以改善接触 [6][7] 互补逻辑和异质CFET - 实现互补逻辑需要n型（如MoS₂）和p型（如WSe₂）沟道材料，但将两者通过直接生长放置在同一晶圆上仍是挑战 [9] - 上海复旦大学团队通过使用MoS₂晶体管和铝/金栅极制造增强型和耗尽型器件，完全避免了上述问题，并展示了一个包含近6000个晶体管的完整微处理器 [9] - 多个团队探索层转移方法用于异质垂直CFET结构，复旦大学团队将n型MoS₂晶体管堆叠到p型SOI器件上，所得CFET反相器在增益和功耗上均优于纯硅和二维CFET [9] - 普渡大学团队致力于降低源漏重叠区域的寄生电容，他们通过转移CVD生长的石墨烯和MoS₂单层，分别形成接触扩展区和沟道区域 [9] 力学、热学与未来 - 评估TMD器件的力学特性发现，MoS₂的双层和三层结构比单层具有更高的机械强度 [11] - TMD材料的面外热导率很差，HfO₂的导热性也很差，热量主要通过金属触点传递 [11] - 模拟显示，采用环绕式触点的TMD器件散热优于边缘触点，但其温升仍是同类硅器件的三倍 [11] - 研究指出，在多层TMD触点中嵌入锂可以获得更好的散热性能，其性能与硅沟道器件相比提升在50%以内 [11]