主流硅基芯片CMOS（互补金属氧化物半导体）技术正面临短沟道效应等物理规律和制造成本的限制，需要开发基于新材料和新原理的晶体管技术来延续摩尔定律。高迁移率二维半导体因其超薄的平面结构和独特的电子学性质，有望成为“后摩尔时代”高性能电子器件和数字集成电路的理想沟道材料，进一步缩小晶体管的尺寸和提高其性能。为满足集成电路加工工艺和器件成品率对沟道材料的苛刻要求，二维半导体单晶薄膜的大面积制备尤为关键与重要。然而，现有二维半导体材料体系（过渡金属硫族化合物、黑磷等）薄膜制备仍未满足现实要求，因此亟需实现晶圆级二维半导体单晶薄膜制备技术的突破。 该研究瞄准二维半导体材料的晶圆级单晶制备，率先实现了同时具有高电子迁移率、合适带隙、环境稳定的二维半导体（硒氧化铋，Bi2O2Se)单晶晶圆的外延生长。他们基于自主设计搭建的双温区化学气相沉积系统，在商用的钙钛矿单晶基底【SrTiO3，LaAlO3，或(La, Sr)(Al,Ta)O3】上，利用Bi2O2Se与钙钛矿完美的晶格匹配性及较强的界面相互作用，促使Bi2O2Se晶核同一取向外延并融合生成晶圆级单晶薄膜。Bi2O2Se单晶薄膜在晶圆尺寸上表现出优异的材料和电学均匀性，可被用于批量构筑高性能场效应晶体管。基于晶圆级二维Bi2O2Se单晶薄膜的标准顶栅型场效应晶体管展现了高的室温表观迁移率（>150 cm2/V s）、大的电流开关比（>105）和较高的开态电流（45μA/μm）。相关成果发表在Nano Letters (Wafer-Scale Growth of Single-Crystal 2D Semiconductor on Perovskite Oxides for High-Performance Transistors. Nano Lett. 2019, 19, 2148)。

提出了层数调制、栅极电压调制和自组装单分子层调制等物理、化学改性策略，显著调控了MoS2载流子浓度和功函数，为开发低接触电阻的高性能纳电子器件提供了手段，研究成果发表于ACS Nano、APL等知名期刊，应邀为Adv. Mater.撰写综述一篇。

首次发现一类同时具有超高电子迁移率、合适带隙、环境稳定和可批量制备特点的全新二维半导体(硒氧化铋，Bi2O2Se)，在场效应晶体管器件和量子输运方面展现出优异性能。彭海琳课题组基于前期对拓扑绝缘体（Bi2Se3，Bi2Te3）等二维量子材料的系统研究，提出用轻元素部分取代拓扑绝缘体中的重元素，以降低重元素的自旋-轨道耦合等相对论效应，进而调控其能带结构，消除金属性拓扑表面态，获得高迁移率二维半导体。经过材料的理性设计和数年的实验探索，发现了一类全新的超高迁移率半导体型层状氧化物材料Bi2O2Se，并利用化学气相沉积(CVD)法制备了高稳定性的二维Bi2O2Se晶体。基于理论计算和电学输运实验测量，证明Bi2O2Se材料具有合适带隙（~0.8 eV）、极小的电子有效质量(~0.14 m0)和超高的电子迁移率。系统的输运测量表明：CVD制备的Bi2O2Se二维晶体在未封装时的低温霍尔迁移率可高于20000 cm2/V·s，展示了显著的SdH量子振荡行为；标准的Bi2O2Se顶栅场效应晶体管展现了很高的室温表观场效应迁移率（~2000 cm2/V·s）和霍尔迁移率（~450 cm2/V·s）、很大的电流开关比（>106）以及理想的器件亚阈值摆幅（~65 mV/dec）。二维Bi2O2Se这些优异性能和综合指标已经超过了已有的一维和二维材料体系。Bi2O2Se这种高迁移率半导体特性还可能拓展到其他铋氧硫族材料（BOX：Bi2O2S、Bi2O2Se、Bi2O2Te）。

石墨烯是材料科学领域的一颗迅速崛起的明星，开启了二维材料的大门。作为纳米光电子器件广泛使用的理想电极材料，石墨烯除了具有优异的弹性和刚度外，还具有最高的载流子迁移率(104-105 cm2 V-1 s-1)。然而，石墨烯作为一种典型的半金属材料，它的零带隙极大地限制了其在半导体工业的应用。自石墨烯被发现以来，它的零带隙一直是世界范围内最具挑战性的难题之一。  多年来，人们一直致力于解决这一关键问题，最主要的打开石墨烯带隙方法可以概括为下面两种。第一种是通过掺杂、吸附、衬底相互作用、外加电场、应变、建立二维异质结等方法直接打开石墨烯的带隙。不幸的是，在打开石墨烯带隙的同时，保持其具有超高载流子迁移率的线性电子色散的多种尝试，至今仍未成功。第二种方法是开辟新的路径，寻找新的具有超高载流子迁移率（线性色散）的二维材料，如二硫化钼、硅烯、锗烯和磷烯等，它们构成了新的二维材料家族。遗憾的是，迄今还没有发现任何具有类似石墨烯线性电子色散和超高载流子迁移率的二维半导体。 北京大学物理学院史俊杰教授及其研究团队注意到：钙钛矿材料具有多样的组成和结构，如ABX3(具有三个不同原子位置的三维结构)、A'2[An-1BnX3n+1] (二维Ruddlesden-Popper型结构)、A'[An-1BnX3n+1] (二维Dion-Jacobson型结构)、A'2An-1BnX3n+3(二维111型结构)和AnBnX3n+2(二维110型结构)等，为材料设计提供了一个理想和庞大的平台。此外，钙钛矿结构中阳（阴）离子价态的劈裂和置换，阳（阴）离子的混合等，为组分工程提供了更多的可能性，从而极大地调节了所设计的钙钛矿材料的电子结构（带隙和电子色散）及物理、化学性质，为寻找具有新奇性质的材料开辟了一条新的道路。图注：左图为二维Ca3Sn2S7钙钛矿结构示意图，中图为它的三维线性色散能带图（带隙0.5 eV），右图为它的光吸收系数，并与光伏明星材料MAPbI3及Si的光吸收系数作对比。 最近，他们在硫化物钙钛矿的研究中，意外发现了一种新奇的稳定且环境友好的二维钙钛矿半导体Ca3Sn2S7材料，它具有类似石墨烯的线性Dirac锥电子色散，直接的本征准粒子带隙0.5 eV，超小载流子有效质量0.04m0，室温下载流子迁移率高达6.7×104 cm2V-1s-1，光吸收系数高达105 cm-1（超越钙钛矿光伏明星材料MAPbI3）, 从一个全新的角度实现了打开石墨烯带隙的梦想。该研究将会为二维钙钛矿材料的设计和研发提供新的思路，并进一步促进半导体产业的发展。

不连续变形分析（DDA)是与有限元平行的数值计算方法，由美籍华人石根华博士创立。该方法对于模拟固体材料的大位移、大变形及破坏过程具有独到的优势。本成果来自有重大应用前景的横向项目，项目组历时两年，依据DDA理论独立开发了二维DDA核心计算程序，具有完全的自主知识产权，处于国内领先水平，得到DDA创始人的首肯。宏观方面，程序可以模拟滑坡、滚石等地质灾害现象。微观方面，可以模拟材料的裂纹形成与扩展的全过程。上述两方面仅是举例，程序应用领域不受限制。附图表明，程序已克服DDA中的最大难点，能处理块体间复杂的接触关系。

团队与合作者首次报道了米级单晶Cu(111)衬底的制备方法，并在此基础上实现了米级单晶石墨烯的外延生长（Science. Bulletin 2017, 62, 1074）。与石墨烯不同，六方氮化硼等其它绝大多数二维材料不具有中心反演对称性，其外延生长普遍存在孪晶晶界问题：旋转180°时晶格方向发生改变，外延生长时不可避免地出现反向晶畴，而在拼接时形成缺陷晶界。 开发合适对称性的外延单晶衬底是解决这一科学难题的关键。研究团队探索出利用对称性破缺的衬底外延非中心反演对称二维单晶薄膜的新方

中试阶段/n作为第三代半导体的核心基础材料之一的 ZnO 晶体既是一种宽禁带半导体，又 是一种具有优异光电性能和压电性能的多功能晶体。中国科学院半导体研究所的科 研人员研究掌握了一种生长高质量、大尺寸 ZnO 单晶材料的新型技术方法-化学气 相传输法（CVT 法）。III 族氮化物 GaN、AlN 及其三元组合化合物是制造波长为 190nm-350nm 的发光器件和新型大功率电子器件的基础材料。AlN 具有高热导率 （3.4W/cmK），与高 Al 组份的 AlGaN 材料和 GaN 材料晶格匹配等

公司的核心产品包括系列全球首创半导体薄膜断层吸收光谱仪，并已经成功应用于高校、研究所、相关企业半导体薄膜断层检测中，并已实际发表多篇论文，平均影响因子达到10以上，获得一致好评。 一、项目进展 创意计划阶段 二、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 侯晓清 管理学院/工商管理 2019/2023 师鸣遥 生命学院/化学生物 2019/2023 李想 生命学院/化学生物 2020/2024 徐婧谨 电信学部/储能科学与工程 2019/2023 董梓竣 管理学院/工商管理 2019/2023 杨舒婷 化学学院/材料化学 2019/2023 吴一品 管理学院/大数据管理与应用 2020/2024 赵静怡 人文学院/环境设计 2020/2024 刘彦麟 软件学院/软件工程 2020/2024 袁子翔 管理学院/工商管理 2019/2023 三、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 鲁广昊 前沿科学技术研究院 教授 有机半导体薄膜和器件 卜腊菊 化学学院 教授 薄膜断层分析技术及科研仪器的开发 魏泽龙 管理学院 教授 技术创新与创业管理 四、项目简介 本项目依托于西安交通大学前沿科学与技术学院以及中国西部创新港的科研平台，拥有半导体薄膜断层检测技术顶级研发团队，并已有国内外超过100所高校、科研院所、企业等正在采用本产品检测的数据或正在实际试用本产品，本团队可以更好了解产品需求及效果，能够实现量产、快速研发与后续更新迭代。 公司的核心产品包括系列全球首创半导体薄膜断层吸收光谱仪，并已经成功应用于高校、研究所、相关企业半导体薄膜断层检测中，并已实际发表多篇论文，平均影响因子达到10以上，获得一致好评。作为国内外首家使用软等离子体源刻蚀技术，实现了半导体薄膜断层的精准检测，占据了全球领先地位，将“卡脖子”技术转换成“杀手锏”，为基于光谱分析的半导体薄膜断层精准检测提供了中国方案，提高了我国半导体薄膜检测的科技实力水平。

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