随着人工智能(AI)领域的不断发展，对下一代高性能半导体的迫切且日益增长的需求正在迅速增长。为了满足这一需求，材料的开拓性进步和创新的半导体结构已变得至关重要。

研究人员首次利用等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 技术开发出 4 英寸异质结构制造技术。这项创新技术可以制造出低功耗、高性能的半导体，突破了传统硅基解决方案的极限。

该研究团队由韩国机械材料研究院(KIMM)半导体制造研究中心高级研究员 Hyeong-U Kim 领导，与成均馆大学机械工程系教授 Taesung Kim 的团队合作，创造了历史。该团队在世界上首次使用等离子技术成功制造出 4 英寸异质结构半导体。该技术有望利用 TMDc 等下一代半导体材料应用于 AI 半导体。

该研究所称：“过渡金属二硫化物是下一代半导体的候选材料，其原子级二维结构可提供类似硅的性能、低功耗操作和快速切换速度。”它们“特别适合神经形态系统，并用于机器学习、深度学习和认知计算。”

这种二硫属化物包括二硫化钼（MoS2）、二硫化钨（WS2）和硒化钼（MoSe2）。

生长了两种异质结构：

WS2和石墨烯，通过将 1nm 的钨沉积到石墨烯转移晶片上，然后进行 H2S 等离子体硫化而制成。

斜方晶系1T相（金属）二硫化钼（MoS2 ）位于六方晶系2H相MoS2上，反之亦然。

具体而言，研究团队利用 PECVD 设备取得了这一进展，创造了两种创新的 4 英寸晶圆级异质结构。第一种是结合 WS₂ 和石墨烯的尖端异质结构。这是通过在石墨烯转移晶圆上沉积仅 1 纳米的钨 (W) 金属层，然后进行精确的 H₂S 等离子硫化工艺实现的。

此外，该团队通过将两种不同相的二硫化钼 (MoS₂) 集成为薄膜，在开发金属半导体异质结构方面取得了重大突破。与稳定的六方 2H 相相比，1T 相呈现亚稳态正交结构，对大面积晶圆生产提出了挑战。

然而，该团队成功生产出 1T 阶段的 4 英寸晶圆，为实现 1T-2H 异质结构铺平了道路。传统的创建异质结构的方法（如堆叠）仅限于小尺寸（仅几微米），并且经常存在可重复性问题。

研究团队利用 PECVD 制作出 4 英寸晶圆级异质结构，解决了这些问题。这项创新为创建 3D 集成结构铺平了道路，大大减少了功率损耗和散热，从而提高了性能和能源效率——这是低功耗、高性能 AI 半导体的关键要素。

KIMM 高级研究员 Hyeong-U Kim 表示：“这项新开发的技术不仅满足了晶圆尺寸和可重复性的要求，而且还允许进行以前仅限于学术研究的实验验证。” “使用半导体行业广泛使用的工具 PECVD，这项技术具有很大的批量生产潜力，可能有助于提高 AI 半导体的性能和商业化。”

KIMM通过在美国和韩国注册专利，获得了两种4英寸异质结构晶圆制造的专有技术。