作者

查佳佳¹，尚天一¹，黄浩鑫^1,*，何颂贤^2,*，谭超良^1,3,*

 机构

1. 香港城市大学电机工程系

2. 香港城市大学材料科学与工程系

3. 香港城市大学生物工程系与国家贵金属材料工程技术研究中心香港分中心

 Citation

Zha J J, Shang T Y, Huang H X, Ho C J, Tan C L. 2026. A perspective on the advanced manufacturing of p-type 2D materials and devices. Int. J. Extrem. Manuf. 8 053001.

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https://doi.org/10.1088/2631-7990/ae8085

撰稿 | 文章作者

1. 文章导读

近年来，二维（2D）半导体材料因其原子级厚度和优异的电学、光学特性，正成为新一代集成电路和光电器件研究的前沿方向。与传统硅基半导体相比，二维材料表面无悬挂键，可在亚纳米尺度保持高迁移率，并易于构建多功能范德华异质结构。然而，目前高性能p型二维材料的研究与应用仍明显滞后于n型材料，严重制约了二维互补金属-氧化物-半导体（CMOS）器件及高效p-n结光电器件的发展。

基于此，香港城市大学谭超良教授课题组在SCI期刊《极端制造（英文）》（International Journal of Extreme Manufacturing，IJEM）发表展望论文“A Perspective on the advanced manufacturing of p-type 2D materials and devices”。该工作系统总结了p型二维半导体材料及器件制造的最新进展，深入分析了当前研究面临的关键科学与工程挑战，并提出了未来在材料合成、器件结构设计以及工艺集成方面的发展思路。该工作为高性能二维CMOS与光电集成器件的研发提供了重要参考，对推动二维半导体先进制造与集成电子学的发展具有重要意义。

2. 图文解析

图1展示了p型二维半导体材料在先进器件制造中的优势与挑战，涵盖了传统半导体与二维半导体在结构特性与器件适配性上的差异、典型p型二维材料及其能带排列关系、器件制造中面临的关键问题，以及在器件沟道设计、理想电极接触和有效钝化策略等方面的潜在解决方案。

图1 P型二维材料在先进器件制造中的优势与挑战。

图2展示了基于p型二维材料器件的性能增强策略。通过结构设计和工艺优化，可有效提升p型二维器件的电学和光电性能。例如：（a）采用SnS₂/WSe₂异质结沟道的PMOS展现出较大的导通电流；（b）利用范德华CrOCl介质实现了p型MoS₂的构筑；（c）基于bP/MoS₂异质结构的中波红外光探测器表现出波长依赖的量子效率；（d）以VSe₂作为范德华接触材料的WSe₂ PMOS显示出优异的输出特性；（e）无缺陷范德华接触的制备进一步改善了WSe₂ PMOS的性能；（f）界面杂化接触的引入实现了更高的导通电流；（g）通过h-BN纳米片封装的bP基光探测器展现出稳定的光电响应；（h）以SiO₂封装的Te PMOS呈现出温度以来的有效迁移率变化；以及（i）采用聚合物涂层封装的WSe₂ PMOS展现出优异的长期稳定性。

图2 基于p型二维材料器件的性能提升策略。

场效应晶体管（FET）是二维半导体最重要的应用方向之一。相比传统硅基晶体管，二维FET被视为突破摩尔定律极限、支撑未来高性能计算芯片发展的重要候选器件。因此，系统分析当前二维p型晶体管的最新进展，对于评估各类性能优化策略的有效性具有重要意义。作者基于六项关键指标（包括电学性能、沟道厚度及CMOS兼容性等），对先进2D p-FET的代表性成果进行了比较，如图3所示。同时，为了便于性能对比，还引入了最先进的2D n-FET作为参考。结果表明，高性能2D p-FET的整体发展仍明显滞后于n型器件，而后者在高电学性能、单层沟道厚度及优异的CMOS兼容性等方面已实现较好平衡。

图3 二维p型场效应晶体管与n型场效应晶体管的性能对比。

3. 总结与展望

目前，p型二维材料及器件的发展仍明显滞后于n型体系，无论是高质量晶圆级单晶生长，还是器件设计与制造均存在挑战。WSe₂，bP，Te/Se及其合金是最具潜力的p型二维材料，可应用于先进CMOS电路、高性能光电探测器和光伏器件。未来研究应重点关注三个方面：首先，突破晶圆级单晶p型二维材料的可控制备，实现具有亚纳米厚度、高晶体质量的薄膜，以支持高性能p-FET，目标性能包括大开态电流、高开关比、低接触电阻和优良的CMOS兼容性；其次，发展有效的钝化与封装策略，提升器件在空气及热环境中的稳定性，确保长期可靠运行；最后，探索创新器件架构，利用p型二维材料的可调能带结构和灵活异质集成特性，实现面向存算一体与感算一体的神经形态与智能感知器件，构建更高能效、更高集成度的新一代计算与感知系统。

图4 先进p型二维半导体材料与器件的前景展望。

4. 作者与团队简介

谭超良，香港城市大学

谭超良博士现为香港城市大学电机工程系终身副教授，兼任生物医学工程系副教授。他于2016年获新加坡南洋理工大学材料科学博士学位（导师：张华教授），曾在该校及美国加州大学伯克利分校随Ali Javey教授开展博士后研究。2020年加入香港城市大学任助理教授，曾于2023-2024年在香港大学电机与电子工程系任教后重返城大。谭博士的研究方向包括二维材料、电子与光电子器件、神经形态器件、生物材料及纳米医学等。截至目前，他已发表210余篇SCI论文（其中35篇ESI高被引论文），总引用次数超4万次，H-index为96，多篇成果发表于Nature、Nature Nanotechnology、Chemical Review、Advanced Materials等国际顶级期刊。谭博士获国家自然科学基金优秀青年科学基金（港澳项目，2021）、北京市自然科学与技术奖二等奖（2025）、国际先进材料学会会士（FIAAM，2024）等荣誉，并连续入选科睿唯安全球高被引科学家（2018-2025）及斯坦福大学“全球前2%顶尖科学家”（2020-2025）。

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