北京大学刘开辉教授团队开发了一种固-液-固（SLS）生长策略，成功制备出5厘米（2英寸）晶圆级高质量二维硒化铟（InSe）半导体薄膜。通过精确控制铟（In）与硒（Se）的1:1化学计量比，并利用液态铟界面促进非晶薄膜向单晶转化，解决了传统方法中相纯度低、结晶性差的难题。基于该材料，团队构建了大规模集成晶体管阵列，其电学性能全面超越现有硅基及二维薄膜器件。这也是国际上迄今能效最高的集成二维晶体管，标志着我国在新一代高性能芯片材料研究方面取得了里程碑式突破。相关成果于北京时间 7 月 18 日 以“Two-dimensional indium selenide wafers for integrated electronics” 为题发表于Science期刊。论文通讯作者为北京大学刘开辉教授、姜建峰博士、邱晨光研究员和中国人民大学刘灿副教授，第一作者为秦彪，姜建峰博士。 材料生长突破： 提出 SLS生长机制：在550°C高温下，通过液态铟密封反应室，形成富铟液相界面，驱动非晶InSe溶解-再结晶，实现高纯度、全晶圆单相InSe薄膜（厚度2.5–30 nm）。 攻克相纯度控制：避免In-Se系统中In2Se3等杂相生成，确保化学计量比严格为1:1。 器件设计创新： 采用钇（Y）掺杂电极抑制费米能级钉扎，实现超低接触电阻。 设计高效双栅结构，结合2.6 nm HfO2介电层，显著提升栅控效率。 材料特性： 亚阈值摆幅（SS）：平均67.3 mV/dec，接近玻尔兹曼极限（60 mV/dec）。 导通电流密度：892 μA/μm（Vds=3 V，栅极长度480 nm），远超同类器件。 10 nm短沟道器件： 弹道输运率：78%，电流密度达1.2 mA/μm（@V<sub>DS</sub>=0.8 V）。 能效突破：延迟0.39 ps，能量延迟积（EDP）低至5.27×10-29 J·s/μm，超越2037年硅基技术预测极限。 综合优势： 在电压、栅长、DIBL、有效质量、开关比、弹道率六项指标上全面优于Intel 3 nm节点技术。 图1：InSe晶片生长的SLS策略设计 图2：InSe薄膜的特性 图3：二维InSe FET的晶圆级制造和电性能统计。 图4：InSe FET的短沟道电性能和基准测试 论文地址： https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu3803
高均匀性：晶圆表面粗糙度由非晶态的415 pm降至37 pm，拉曼光谱及SHG成像证实全区域单晶结构。
高结晶度：原子级STEM显示ABC堆叠有序，层间距0.83 nm。
器件性能：
迁移率：平均287 cm2/V·s（峰值347 cm2/V·s），为所有二维半导体薄膜器件最高纪录。
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