中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心（N07 组）联合松山湖材料实验室张广宇研究团队，成功开发出一种直接晶圆键合及解键合方法，制备出高质量、晶圆级二维半导体叠层。10月27日，相关成果发表于《自然-电子》（Nature Electronics）。

二维半导体凭借原子级厚度与优异电学性能，被视为未来集成电路的关键沟道材料。然而，制备具有可控层数和转角的高质量、晶圆级二维半导体堆叠结构难度极大。此前，二维半导体叠层制备主要依赖直接生长与转移堆叠两种方法。直接生长受晶格匹配和热力学过程制约，仅能在特定衬底上生长有限层数、层间取向固定的半导体晶圆；转移堆叠虽能制备任意转角和层数的半导体晶圆，但引入的有机转移介质需后处理（如刻蚀、退火等）进行表面清洁，且会造成二维叠层结构损伤与污染。

用直接键合-解键合实现晶圆级二维材料的转移。研究团队供图

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在国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助下，研究团队开发出直接晶圆键合及解键合方法，可在真空或手套箱中操作，无需转移介质，能实现超洁净表面/界面与晶圆级均匀转角。以蓝宝石表面外延的单层二硫化钼和二硒化钼等晶圆级二维半导体为材料，该方法可制造多种同质和异质叠层晶圆。原子力显微镜、扫描透射电子显微镜、拉曼光谱、X射线衍射、低能电子衍射和二次谐波等表征结果显示，所制备的二维半导体叠层质量高、表面/界面超洁净、层间转角晶圆级均匀。

此外，直接键合-解键合方法还能实现各种单层二维半导体从蓝宝石衬底到高κ介质（HfO₂，Al₂O₃等）衬底的直接转移，且能保留其本征电学性能。与常规湿法转移样品相比，键合-解键合转移的样品界面洁净，制备的场效应器件迁移率更高、开态电流更大、阈值电压涨落更小，凸显了直接键合方法的优势。

直接键合-解键合技术与主流半导体制造工艺完全兼容，有效解决了本征二维半导体的叠层和转移难题，有望推动二维半导体从实验室走向产业化。

相关论文信息：ttps://doi.org/10.1038/s41928-025-01474-3