رشد اپیتاکسی در مقیاس ویفر نیترید کربن بور نوع p با تحرک بالا

یک تنگنای طولانی مدت در تحقق فناوری CMOS دو بعدی (2 بعدی) در فقدان نیمه هادی های نوع p با کارایی بالا 1، 2، 3، 4 نهفته است. تمایلات قوی به دوپینگ الکترونی، محلی‌سازی مداری و پراکندگی حفره‌های مشخص در مجموع مانع از توسعه مواد دوبعدی نوع p پایدار و کارآمد شده‌اند. در اینجا ما رشد اپیتاکسی نیترید کربن بور (BCN) را به عنوان یک نیمه هادی نوع p با کارایی بالا گزارش می کنیم.

با مهندسی مسیرهای هیدروژن زدایی و واکنش سطحی مونو متیل آمونیاک بوران (MMAB) و آمونیاک بوران (AB)، بر یک مانع مهم غلبه می‌کنیم: عدم تطابق مکانی و زمانی در تحویل اتم‌های بور (B)، کربن (C) و نیتروژن (N) که یکنواختی شبکه را مختل می‌کند. نتیجه یک BCN 2 بعدی تک لایه در مقیاس ویفر است که در آن اتم‌های C و دایمرها به طور عمده جایگزین مکان‌های N در یک شبکه نیترید بور به طور مداوم متبلور شده و به‌طور موضعی تحریف شده‌اند، که منجر به شکاف باند قابل‌توجهی 1.90 eV می‌شود.

آرایه‌های مقیاس ویفر از نوع p BCN FET‌ها عملکرد معیاری را نشان می‌دهند، با تحرک حفره اثر میدانی 100 سانتی‌متر 2 ولت -1 ثانیه -1، جریان > 0.9 میلی‌آمپر -1، نسبت روشن-خاموش 108 و ولتاژ آستانه عبور از ولتاژ 4-5 V نیمه هادی های دو بعدی نوع p. یافته‌های ما BCN را به‌عنوان یک پلت‌فرم مقیاس‌پذیر و پایدار از نوع p ایجاد می‌کند، که یک شکاف مهم در پالت مواد برای ادغام سه‌بعدی یکپارچه الکترونیک مکمل ایجاد می‌کند.

این یک پیش نمایش از محتوای اشتراک است که از طریق موسسه شما دسترسی دارد

به Nature و 54 مجله Nature Portfolio دیگر دسترسی داشته باشید

Nature+ را دریافت کنید، بهترین اشتراک دسترسی آنلاین ما

قیمت‌ها ممکن است مشمول مالیات‌های محلی باشد که در هنگام تسویه حساب محاسبه می‌شود

داده هایی که از یافته های این مطالعه حمایت می کند را می توان در مقاله و اطلاعات تکمیلی یافت و در صورت درخواست از نویسندگان مربوطه در دسترس است.

محاسبات DFT با استفاده از VASP v.6.3.2 انجام شد که به صورت تجاری در https://www.vasp.at/ موجود است. اسکریپت‌های سفارشی و فایل‌های ورودی VASP تولید شده در طول مطالعه کنونی در صورت درخواست از نویسندگان مربوطه در دسترس هستند.

لیو، ی و همکاران وعده ها و چشم اندازهای ترانزیستورهای دو بعدی Nature 591، 43-53 (2021).

رودز، دی.، چای، اس. اچ.، ریبیرو-پالائو، آر و هان، جی. اختلال در ساختارهای ناهمسان واندروالس مواد دوبعدی. نات ماتر 18، 541-549 (2019).

داس، اس و همکاران. ترانزیستورهای مبتنی بر مواد دو بعدی برای مدارهای مجتمع آینده. نات الکترون. 4، 786-799 (2021).

فو، J.-H.، Chen، D.-C.، وو، Y.-J. & Tung, V. ساخت شبکه های دو بعدی و منظم از پیوندهای کربن-کربن با دقت. دقیق شیمی. 3، 3-9 (2025).

چوی، اس. اچ و همکاران. سنتز در مقیاس بزرگ گرافن و سایر مواد دو بعدی به سمت صنعتی شدن نات اشتراک. 13, 1484 (2022).

مقاله ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

وانگ، ی و همکاران کنتاکت‌های الکتریکی نوع P برای دی‌کالکوژنیدهای فلزی انتقالی دوبعدی. Nature 610، 61-66 (2022).

کیم، ک. اس و همکاران آینده نیمه هادی های دو بعدی فراتر از قانون مور نات فناوری نانو 19، 895-906 (2024).

کیم، ک. اس و همکاران ادغام سه بعدی یکپارچه مبتنی بر رشد نیمه هادی های دو بعدی تک کریستالی. Nature 636, 615-621 (2024).

کیم، ک. اس و همکاران رشد مواد دوبعدی تک کریستالی غیر همپایی با محدودیت هندسی. Nature 614، 88-94 (2023).

ژائو، بی و همکاران. هایپردوپینگ مدولاسیون باند مبتنی بر دروازه برای ترانزیستورهای نیمه هادی دو بعدی نوع p با کارایی بالا. Science 388, 1183-1188 (2025).

وانگ، اچ و همکاران. رشد بذر نانوروبان های فسفر سیاه تک کریستالی. نات ماتر 23، 470-478 (2024).

Ci، L. و همکاران. لایه های اتمی حوزه های نیترید بور هیبرید شده و گرافن. نات ماتر 9، 430-435 (2010).

Xiong، Y. و همکاران. رشد بخار-مایع-جامد-جامد بلورهای دو بعدی بدون لایه β-Bi 2 O 3 با تحرک سوراخ بالا. نات ماتر 24، 688-697 (2025).

لیو، A. و همکاران. اکسید تلوریم آلیاژی سلنیوم برای ترانزیستورهای آمورف کانال p. Nature 629، 798-802 (2024).

Ghosh, S. et al. یک کامپیوتر یک مجموعه دستورالعمل دو بعدی مکمل مبتنی بر مواد. Nature 642، 327-335 (2025).

چن، T.-A. و همکاران تک‌لایه‌های نیترید بور شش ضلعی تک کریستالی در مقیاس ویفر روی مس (111). Nature 579، 219-223 (2020).

Ma، K. Y. و همکاران. چند لایه نیترید بور شش ضلعی تک کریستالی همپایی روی Ni (111). Nature 606، 88-93 (2022).

فوکاماچی، اس و همکاران. سنتز منطقه بزرگ و انتقال نیترید بور شش ضلعی چند لایه برای آرایه های دستگاه گرافن تقویت شده. نات الکترون. 6، 126-136 (2023).

کنگ، دبلیو و همکاران مسیر تجاری سازی گرافن از آزمایشگاه به بازار نات فناوری نانو 14، 927–938 (2019).

نووسلوف، K.S. و همکاران. اثر میدان الکتریکی در لایه‌های کربنی نازک اتمی Science 306, 666-669 (2004).

Shi، Z.، Kutana، A. & Yakobson، B. I. گرافن چقدر n دوپینگ می تواند حفظ کند؟ J. Phys. شیمی. Lett. 6، 106-112 (2015).

Kaner, R. B., Kouvetakis, J., Warble, C. E., Sattler, M. L. & Bartlett, N. مواد بور-کربن-نیتروژن با ساختار گرافیت مانند. ماتر Res. گاو نر 22، 399-404 (1987).

مندلسون، N. و همکاران. شناسایی کربن به عنوان منبع انتشار تک فوتون مرئی از نیترید بور شش ضلعی. نات ماتر 20، 321-328 (2021).

Cheng, T., Bets, K. V. & Yakobson, B. I. مناظر سنتز برای رسوب شیمیایی بخار آمونیاک بوران h -BN و BNNT: آشکار کردن واکنش ها و واسطه ها از اصول اول. J. Am. شیمی. Soc. 146، 9318-9325 (2024).

Weng-Seh, Z. et al. سنتز نانولوله های B x C y Nz. فیزیک Rev. B 51, 11229 (R)–11232 (R) (1995).

Gao, J., Yip, J., Zhao, J., Yakobson, B. I. & Ding, F. هسته زایی گرافن بر روی سطح فلز واسطه: تبدیل ساختار و نقش لبه پله فلزی. J. Am. شیمی. Soc. 133، 5009-5015 (2011).

کانگ، ک. و همکاران. فیلم های نیمه هادی با ضخامت سه اتم با تحرک بالا با همگنی در مقیاس ویفر. Nature 520، 656-660 (2015).

فو، جی. اچ. و همکاران رشد جانبی جهت‌دار مواد دوبعدی روی یاقوت کبود صفحه c. نات فناوری نانو 18، 1289-1294 (2023).

استفان، او و همکاران. دوپینگ ساختارهای نانولوله های گرافیتی و کربنی با بور و نیتروژن. Science 266, 1683-1685 (1994).

کووتاکیس، جی و همکاران. جنبه‌های جدید درهم‌سازی گرافیت توسط فلوئور و فلوریدها و مواد جدید B/C، C/N و B/C/N بر اساس شبکه گرافیت. مصنوعی. ملاقات کرد. 34، 1-7 (1989).

پیمنتا، M. A. و همکاران. بررسی اختلال در سیستم های مبتنی بر گرافیت با استفاده از طیف سنجی رامان فیزیک شیمی. شیمی. فیزیک 9، 1276-1290 (2007).

چن، پی.-جی. و همکاران تجسم ابررسانایی محلی نانوسیم‌های NbTiN برای بررسی ناهمگنی در آشکارسازهای تک فوتون. ACS Appl. انتخاب کنید ماتر 2، 68-75 (2024).

چو، S.-A. و همکاران رشد مقیاس بزرگ به کمک قلیایی تک لایه و دو لایه WSe 2 با تراکم نقص کم. نات اشتراک. 16, 2777 (2025).

کوون، جی و همکاران. تماس های واندروالسی بدون برهمکنش و نقص بین فلزات و نیمه هادی های دو بعدی. نات الکترون. 5، 241-247 (2022).

ژو، اچ و همکاران. مهندسی گام برای کنترل هسته و جهت گیری دامنه در اپیتاکسی WSe 2 در یاقوت کبود صفحه c. نات فناوری نانو 18، 1295-1302 (2023).

Zhang، B. Y. و همکاران. تک لایه های اکسید فلزی شش ضلعی که از رابط فلز-گاز مشتق شده اند. نات ماتر 20، 1073-1078 (2021).

وو، آر و همکاران ترانزیستورهای دولایه تنگستن دیزلنید با جریانهای در حالت بیش از 1.5 میلی آمپر بر میکرومتر. نات الکترون. 5، 497-504 (2022).

V.T. پشتیبانی تجهیزات از فناوری TuoTuo (لیتوگرافی)، Enli-Technology (ایستگاه کاوشگر)، Kate Chuang (طراحی تصویر) و Kao Duen Technology را تأیید می کند. ما از C.-Y تشکر می کنیم. Tien، A. Yamada، K. Takanabe و C.-C. برای بحث هایشان تغییر دهید.

C.-C.T.، J.-H.F. و V.T. مدیون حمایت مالی انجمن ژاپن برای ترویج علم (JSPS, 26H02218, 23H00253, 24K21233 and 25KF0196), JST ASPIRE ( شماره کمک مالی JPMJAP2531 ) و JST CREST . W.-C.C. و F.-Z.C. پشتیبانی از NSTC 113-2119-M-492-001-MBK و NSTC 114-2622-E-492-001 را تأیید کنید. J.-C.K. و C.-W.P. از حمایت جایزه محقق Academia Sinica (با شماره کمک مالی AS-IA-112-M05) و شورای ملی علم و فناوری، تایوان (111-2112-M-001-085-MY3) تشکر می کنیم.

ما از مرکز ملی محاسبات با عملکرد بالا (NCHC) برای ارائه منابع محاسباتی و ذخیره سازی تشکر می کنیم. C.-H.H. و Y.-C.C. پشتیبانی برنامه مشارکت برای اتصال به آزمایشگاه‌های برتر جهان—برنامه دروازه اژدها (113-2926-I-002-511-G) و 113-2628-E-002-021-MY4 را تأیید کنید. J.-C.K. و Y.-C.L. پشتیبانی NSTC را تأیید کنید (شماره کمک مالی 113-2221-E-A49-012-MY3). M.-C.W. و V.T. قدردانی خود را از حمایت مالی ارائه شده توسط دانشگاه چانگ گونگ (URRPD2Q0041) ابراز می کنند.

این نویسندگان به طور مساوی مشارکت داشتند: چین-چیه تسنگ، چانگ-هسون هوانگ، جوی-چنگ کائو

گروه مهندسی سیستم شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه توکیو، توکیو، ژاپن

Chien-Chih Tseng، Jui-Han Fu، Seong Rae Cho، Chenxi Lei، Kai Qi و Vincent Tung

گروه علوم و مهندسی مواد، دانشگاه ملی تایوان، تایپه، تایوان

گروه علوم و مهندسی مواد، دانشگاه ملی یانگ مینگ چیائو تونگ، هسینچو، تایوان

مرکز تحقیقات علوم کاربردی، آکادمی سینیکا، تایپه، تایوان

جوی چنگ کائو، پو یو یانگ و چون وی پائو (包 淳偉)

موسسه نوآوری مهندسی، دانشگاه توکیو، توکیو، ژاپن

مرکز تحقیقات مواد الکترونیکی و نوری، موسسه ملی علوم مواد (NIMS)، تسوکوبا، ژاپن

گروه مهندسی مکانیک و الکترومکانیک، دانشگاه ملی سان یات سن، کائوسیونگ، تایوان

مرکز ملی تحقیقات ابزار دقیق، مؤسسه ملی تحقیقات کاربردی، هسینچو، تایوان

چنگ تانگ پان، وی چون چن، فونگ ژی چن و یو وی لین

مرکز مواد ناهمگن و نوآورانه پس از سیلیکون (CHIP)، دانشگاه چانگ گونگ، تائویوان، تایوان

مرکز فناوری های پایداری و انرژی، دانشگاه چانگ گونگ، تائویوان، تایوان

گروه مهندسی شیمی و مواد، دانشگاه چانگ گونگ، تائویوان، تایوان

گروه مهندسی و علوم سیستم، دانشگاه ملی Tsing Hua، شهر Hsinchu، تایوان

گروه مهندسی مواد، دانشگاه توکیو، توکیو، ژاپن

بخش فیزیک، مرکز ملی علوم نظری، تایپه، تایوان

C.-C.T.، J.-H.F. و V.T. مطالعه را تصور کرد. C.-C.T.، C.-H.H. و S.R.C. آزمایش ها را انجام داد و داده ها را تجزیه و تحلیل کرد. J.-C.K.، P.-Y.Y.، Y.-C.L. و C.-W.P. محاسبات DFT و PES را انجام داد. الف، ر.آی و ن.س. خصوصیات HR-STEM را انجام داد. ک.ق. و C.-C.T. KPFM و STS/M را انجام داد. C.L. راه اندازی CVD را ایجاد کرد. W.-C.C.، Y.-W.L.، C.-T.P.، M.-C.W. و F.-Z.C. دی الکتریک HfO 2 را رسوب داد. ک.ن.، ی.-ل.ح. و C.-Z.D. الگوهای الکترود را طراحی کرد و ویژگی های انتقال و خروجی FET های BCN را تجزیه و تحلیل کرد. C.-H.H.، J.-C.K.، Y.-C.C.، J.-H.F.، C.-W.P. و V.T.

کاغذ را نوشت همه نویسندگان نتایج را مورد بحث قرار دادند و در نسخه نهایی این دستنوشته مشارکت داشتند.

مکاتبه با جوی هان فو، یی چیا چو، چون وی پائو (包 淳偉) یا وینسنت تونگ.

طبیعت از سانگ هون بائه، یونگ یانگ نو و دیگر منتقدان ناشناس به خاطر مشارکتشان در بررسی همتایان این اثر تشکر می کند. گزارش های بازبین همتا در دسترس است.

یادداشت ناشر Springer Nature با توجه به ادعاهای قضایی در نقشه های منتشر شده و وابستگی های سازمانی بی طرف باقی می ماند.

این فایل حاوی یادداشت های تکمیلی، شکل های تکمیلی و جداول تکمیلی است.

Springer Nature یا مجوز دهنده آن (به عنوان مثال یک انجمن یا شریک دیگر) حقوق انحصاری این مقاله را تحت توافقنامه انتشار با نویسنده(ها) یا سایر دارندگان حقوق دارند. آرشیو خود نویسنده نسخه خطی پذیرفته شده این مقاله صرفا تحت شرایط چنین توافق نامه انتشار و قوانین قابل اجرا است.

Tseng، CC.، Huang، CH.، Kao، JC. و همکاران رشد اپیتاکسی در مقیاس ویفر نیترید کربن بور نوع p با تحرک بالا. طبیعت (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-11047-9

DOI : https://doi.org/10.1038/s41586-026-11047-9

هر کسی که پیوند زیر را با او به اشتراک بگذارید، می‌تواند این محتوا را بخواند:

با عرض پوزش، پیوند قابل اشتراک گذاری در حال حاضر برای این مقاله موجود نیست.

ارائه شده توسط Springer Nature SharedIt ابتکار اشتراک محتوا