突破硅基限制：新型4英寸异质结构半导体技术助力AI发展

随着人工智能（AI）技术的飞速发展，对下一代高效半导体的需求不断攀升。为了满足这一需求，材料的创新突破和半导体结构的革新显得尤为关键。近期，研究人员通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术，成功开发出首个4英寸异质结构制造技术，这项创新突破了传统硅基半导体的局限，为低功耗、高性能的AI半导体开辟了新天地。

韩国机械材料研究院（KIMM）半导体制造研究中心的Hyeong-U Kim高级研究员领导的团队，与成均馆大学机械工程系的Taesung Kim教授团队展开了紧密合作，成功实现了全球首例4英寸异质结构半导体的制造。该技术不仅能够提升半导体的性能，还为未来应用过渡金属二硫化物（TMDc）等新一代材料于AI半导体的前景带来了曙光。

研究人员指出：“过渡金属二硫化物（TMDs）由于其原子级二维结构，具备与硅相似的性能、低功耗操作和快速切换速度，非常适合用于神经形态系统，特别是在机器学习、深度学习和认知计算中。”这些二硫化物材料包括二硫化钼（MoS2）、二硫化钨（WS2）和硒化钼（MoSe2）。

此次研究中，团队成功生长了两种异质结构。第一种是WS2与石墨烯的组合，第二种是斜方晶系1T相（导电性金属）二硫化钼（MoS2）与六方晶系2H相MoS2的异质结构。具体而言，研究人员利用PECVD设备，在石墨烯转移晶圆上沉积1纳米钨（W），并通过H₂S等离子体硫化处理，实现了WS2和石墨烯的完美结合。

此外，团队还通过将不同相的二硫化钼（MoS2）薄膜结合，取得了重大的突破。与稳定的六方2H相相比，1T相呈现出亚稳态正交结构，制造过程中面临巨大挑战。团队克服了这一难题，成功制造出1T相的4英寸晶圆，并为实现1T-2H异质结构奠定了基础。与传统方法相比，该技术不仅解决了小尺寸限制，还有效提升了重复性，拓展了大规模晶圆生产的可能性。

这种创新方法的关键优势在于其显著提高了半导体的性能，同时减少了功率损耗和热量散发。通过实现更高效的能量转换和更稳定的热管理，团队为低功耗AI半导体的发展提供了强大的支持。该技术具备广阔的批量生产潜力，能够加速AI半导体的商业化进程。

KIMM的Hyeong-U Kim高级研究员表示：“这项新技术不仅满足了晶圆尺寸和可重复性的要求，还突破了以往仅限于学术领域的实验验证。使用广泛应用于半导体行业的PECVD工具，我们为AI半导体的提升与商业化打下了坚实基础。”

目前，KIMM已在美国和韩国注册了相关专利，获得了4英寸异质结构晶圆制造的专有技术，为未来的技术推广和应用奠定了基础。