专家视点

1 接触平面化和钝化提升二硒化钨PMOS性能

二维（2D）过渡金属二硫化物（TMD）具有原子级尺度可调控的特性，以及优异的电学和光学性能，具有突破硅等传统体半导体材料性能极限的潜能。二硒化钨（WSe₂）作为一种高性能、可扩展p型晶体管的代表性TMD和有前景的2D沟道材料，因其在先进的互补金属氧化物半导体（CMOS）逻辑技术和扩展摩尔定律方面的潜力而受到了学术界与产业界的广泛关注。经过多年的研究，WSe₂的基本性质现在已较为清晰。然而，与二硫化钼（MoS₂）等研究人员已经实现了低电阻接触和高载流子迁移率n型TMD相比，WSe₂仍然落后。WSe₂器件的问题主要源于强烈的费米能级钉扎效应、界面质量差和器件行为不稳定的限制。这些因素导致高接触电阻（R_c），从而导致高阈值电压（V_th）和显著滞后。

近日，由电气和电子工程师协会（IEEE）主办的2025年度超大规模集成电路技术研讨会（VSLI）上两项分别由台积电和英特尔主导的突破性研究揭示了克服这些障碍的途径，通过工艺上的创新实现WSe₂ PMOS性能的巨大提升。其中，台积电的研究聚焦于单层WSe₂晶体管，其工艺优化主要包括四个环节：首先，表面处理使介电表面亲水，去除了沟道转移和有源区图案化后的工艺残留；其次，利用牺牲缓冲层和接触衬垫以吸收粒子轰击造成的损伤，从而减少缺陷和费米能级钉扎的形成；第三，使用较薄氧化铪作为介质层，实现了栅极氧化物尺寸缩放；最后，通过自由基后处理进行表面钝化，保障器件稳定性。以上措施在提升了开态电流的同时降低了亚阈值摆幅。英特尔的研究分为两部分：在背栅多层WSe₂晶体管中，采用以锑为中间层、溅射铂的工艺制备电极触点。随后，系统研究了不同铂层厚度与退火温度对器件性能的影响，并将此优化策略拓展至另外两种新型电极材料进行评估 。在全环绕栅极单层WSe₂晶体管中，蒸镀触点前引入化学抛光技术对界面进行处理，与未经抛光的器件相比实现了巨大的性能提升。

总之，两项研究为高性能WSe₂ PMOS提供了更多可行的工艺优化路径，不仅实现了高洁净度接触和开态电流的显著提升，也为二维PMOS的进一步集成奠定了基础。这些优异的实验成果有望转化为可靠的应用技术，为下一代半导体技术的发展开辟新道路。

图1. 在不同步骤对单层硒化钨器件进行优化前后的性能对比。

图2. 溅射接触多层硒化钨晶体管在退火温度、接触材料等条件下的性能对比及全环绕栅极单层硒化钨晶体管化学抛光工艺和蒸发工艺性能对比。

该文章以题为“Contact planarization and passivation lift tungsten diselenide PMOS performances”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Contact planarization and passivation lift tungsten diselenide PMOS performances

Haoyu Peng, Ping-Heng Tan, Jiangbin Wu

J. Semicond. 2025, 46(11): 110401. doi: 10.1088/1674-4926/25080028

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   综述

2 高速电吸收调制激光器

在当今数字化浪潮中，人工智能、5G通信、云计算、大数据等技术发展突飞猛进，网络数据流量快速增长，对短距离宽带传输解决方案的需求愈发迫切。这一需求不仅促进了数据中心光互联领域高速光模块的蓬勃发展，同时对数据中心传输速率和功耗提出了更高的要求。目前，直接调制分布式反馈（Distributed Feedback，DFB）激光器、直接调制垂直腔面发射激光器（Vertical-cavity Surface-emitting Laser，VCSEL）、电吸收调制激光器（Electro-absorption Modulated Laser，EML）、硅基无源光调制器等器件，分别在传输速率、传输距离、功耗与稳定性等方面各具特点，分别在不同应用场景下发挥着重要的作用。其中，EML是一种高性能光电转换器件，能够在实现较高速率与长距离传输的同时兼顾低功耗与高稳定性，被广泛应用于高速数据传输系统，为应对海量数据传输挑战提供了有力的技术支撑。

近日，中国科学院半导体研究所潘教青研究员课题组针对高速EML的研究发表综述文章。文章介绍了EML的组成、基本原理、工艺制造及应用，并从器件结构、调制带宽、数据传输速率、损耗和误码率等多个关键指标出发，综述了国内外企业、高校与科研院所在先进磷化铟（InP）衬底EML器件领域的研究进展，同时对各种研究的数据传输率和重要技术手段进行了总结和对比分析。

EML由DFB激光器和电吸收调制器（Electro-absorption Modulation，EAM）组成，通过周期性地给EAM施加反向偏压实现对激光功率的调制。目前，商用EML多采用具有高电光转换效率与高电子迁移率的InP材料为衬底，可采用对接生长（Butt-joint Growth，BJG）等方案进行器件集成。在应用方面，EML在光发射器、光接收器等方面均扮演重要角色。在相干收发器中，EML对于全双工信号传输以及光测距也发挥着重要作用。

商用EML注重产品的成本和可靠性，因此器件中采用的关键技术往往相对简单且可控性高，同时能显著提高EML的数据传输速率。例如将EAM区域设置为“窄高台面”结构，不仅可以有效降低器件的电容，还可以确保EAM对该区域内的光信号实现有效吸收，从而保证器件的消光性能。该设计因其优异的性价比被三菱、住友、博通、Lumentum等知名公司采用。其中Lumentum公司还在EAM区域采用聚合物绝缘材料将P电极垫高，有效减少了寄生电容，开发出了93 GHz高调制带宽的EML，并实现了420 Gbps-PAM8的高速率。经测试，该器件在500米与2公里的数据传输场景中，眼图均能保持清晰张开，充分验证了其传输性能。

当前，在商用EML速率突破200 Gbps的背景下，EML的速率仍有上升的空间，例如通过改善材料体系、优化集成工艺、探索新的调制手段等方法有望进一步提升EML的速率。此外，商用化光模块对EML的低功耗、低成本和良率有更高的要求，这同样需要持续的技术创新。尽管面临诸多挑战，但EML凭借其自身的优势，在信息传输中仍然占据不可或缺的地位。随着半导体光电技术的发展，EML的性能有望进一步提高，为信息技术的进步奠定坚实的基础。

图1. (a) EML结构示意图。(b) DFB激光器与EAM集成工艺流程图。版权归中国激光杂志社所有。(c) 使用DFB和EAM双调制技术对数据信号频谱进行雕刻。(d) EML用作入射光信号的直接检测接收器。(e) EML用作全双工数据传输的相干收发器。版权归The Institution of Engineering and Technology所有。

图2. (a) Lumentum 420 Gbps-PAM8 EML示意图。(b) EML在50 °C下的小信号电光响应。(c) EML在500米和2公里大信号传输后的眼图。版权归IEEE所有。

该文章以题为“High-speed electro-absorption modulated laser”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

High-speed electro-absorption modulated laser

Zhenyao Li, Chen Lyu, Xuliang Zhou, Mengqi Wang, Haotian Qiu, Yejin Zhang, Hongyan Yu, and Jiaoqing Pan

J. Semicond. 2025, 46(11), 111401  doi: 10.1088/1674-4926/25030015

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   研究论文

3 太阳能电池用多组分掺杂In₂O₃基靶材的烧结及电学性能研究

透明导电氧化物（TCO）薄膜具有优异的透光和导电性能，广泛应用于多种光电器件，如液晶显示器、触摸屏和太阳能电池。硅异质结（SHJ）太阳能电池具有较高的光电转换效率、可与钙钛矿太阳能电池叠层应用等优势，在可再生能源领域具有巨大的发展潜力。SHJ太阳电池的前后电极均使用TCO薄膜作为导电电极，为了提高转换效率，前电极需要高电子迁移率的TCO薄膜。然而，传统的氧化铟锡（ITO）薄膜中掺入了10 wt%的SnO₂，其电子迁移率约为30 cm²∙V⁻¹∙S⁻¹，不能满足要求。虽然可以减少SnO₂掺杂量以牺牲载流子浓度为代价来提高迁移率，但其提升程度有限。研究表明，In₂O₃中掺入少量的CeO₂、Ta₂O₅、HfO₂、TiO₂、ZrO₂、MoO₃和WO₃等组分，可降低电子的有效质量，增加弛豫时间，提高In₂O₃基薄膜的迁移率。In₂O₃基靶材烧结致密化是一个公认的难题，掺杂物的含量越少则烧结越困难，调控电子迁移率的掺杂剂兼具助烧功能是实现烧结致密化的有效手段之一。因此，设计多组分掺杂调控In₂O₃基靶材的烧结性能及所制备TCO薄膜的电子迁移率是非常重要的研究课题。

近日，桂林电子科技大学徐华蕊研究员课题组设计了CeO₂、Ta₂O₅和TiO₂三种组分共掺杂In₂O₃基靶材，解决靶材烧结致密化难题和改善薄膜的电子迁移率。他们研究了不同烧结温度和时间制备的ICTO靶材的相结构、显微组织、致密化过程、相对密度和电阻率。结果表明，与只添加SnO₂的ITO靶材相比，三种组分共掺杂的ICTO靶材能够在较低烧结温度下实现烧结致密化，样品在1500 ℃烧结6 h后，其相对密度大于99.5%，最低电阻率从1.068 × 10⁻³ Ω·cm降低至9.73 × 10⁻⁴ Ω·cm。这些结果为磁控溅射制备In₂O₃基高迁移率TCO薄膜提供了靶材基础，对提升异质结太阳能电池的光电转化效率起到促进作用。

图1. (a) ICTO靶材和99ITO靶材的线收缩和 (b) 收缩速率。

图3. 不同温度和时间烧结的ICTO靶材的电阻率。

文章信息：

Sintering and electrical characteristics of In₂O₃-based targets doped with multiple components for solar cells

Jianzhong Liao, Fangzhou Wu, Jiwen Xu, Guisheng Zhu, Fei Shang, Huarui Xu

J. Semicond. 2025, 46(11): 112101  doi: 10.1088/1674-4926/24090038

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