中国半导体十大研究进展候选推荐（2020-030）———大面积范德瓦尔斯异质结阵列的通用合成

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工作简介

         ——大面积范德瓦尔斯异质结阵列的通用合成

二维材料具有原子薄的厚度，免疫短沟道效应等特性，开发基于二维材料的高性能晶体管和集成电路是实现下一代高速，低功耗数字电子产品的关键之一。大规模的异质结阵列化为此提供了一种非常可行的方案。目前大多数范德瓦尔斯异质结构（vdWH）都是通过机械剥离再堆叠得到的，但这种方法效率极低且不可控，是二维材料面向实际应用亟需克服的重大挑战。

针对这一问题，湖南大学段曦东教授与加州大学洛杉矶分校段镶锋教授合作，开发了激光烧蚀等技术在二维半导体过渡金属硫族化合物(s-TMDs)基底上定点制造缺陷阵列诱导金属TMDs (m-TMDs)在缺陷处的优先成核，最终成功制备了一系列m-TMD/s-TMD vdWH阵列并获得了12000个VSe₂/MoS₂阵列（良率达~99%），实现了异质结阵列的规模化制备。利用这种vdW接触制备的双层硒化钨晶体管开态电流高达900 μA/μm，该数值在所有已报道的单层或者双层TMDs室温半导体器件中是最高的，为制备可与硅晶体管竞争的二维材料晶体管带来了希望。本成果使得二维材料可控合成上了一个新高度，为高性能新型器件的量产化提供了新的思路，为二维材料在电子学、光电子学领域的实际应用奠定了坚实的基础。

研究成果于2020年3月11日以“General synthesis of two-dimensional van der Waals heterostructure arrays”为题发表在《Nature》（Nature，2020，579，368），李佳、杨向东、刘旸、黄勃龙为共同第一作者，段曦东教授、段镶锋教授为共同通讯作者。

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主要作者简介

第一作者李佳，理学博士。

2020年7月起在湖南大学化学化工学院任副教授，岳麓学者。研究方向为二维材料及其复杂结构的大面积可控制备、微纳电子器件的制备及新型器件的构建。目前，在Nature、Natl. Sci. Rev.、Nat. Commun.、Adv. Mater.等知名学术期刊上发表论文14篇。其中，以第一作者身份、湖南大学为第一单位发表Nature 1篇，申请中国发明专利3项（已公开），其中2项已授权。

第一作者杨向东，湖南大学2018级博士生。

研究方向是低维半导体材料的电学性能研究。目前已在Nature、Science、Adv. Funct. Mater.、ACS Energy Lett.、ACS Nano等期刊上共发表23篇论文，其中以第一作者身份发表一篇Adv. Funct. Mater.，共同一作的身份发表Nature、Science、ACS Energy Lett.各一篇，总被引超过500次。

第一作者刘旸，现为哥伦比亚大学博士后。

研究兴趣为低缺陷二维材料制备、动态转角器件制备及输运研究等。首次利用金属工程的策略实现了碳基在片三维光电集成电路，证明其具有小尺寸、高性能及CMOS兼容的特性。制备的范德华异质结器件，探索了范德华集成在晶格失配材料之间构建器件的可能性。在Nature、Nat. Electron.、Nat. Commun.等杂志上以第(共)一/通讯作者发表论文10余篇。曾获2018 NT国际会议Best Young Scientist Award等荣誉。

第一作者黄勃龙，教授，博士毕业于剑桥大学，目前任职于香港理工大学。

2007年毕业于北京大学物理系，同年前往剑桥大学跟随英国皇家院士John Robertson 教授从事材料理论研究，并于2012年获得博士学位。2012-2015年，黄勃龙教授先后于北京大学，香港城市大学和香港理工大学从事博士后研究，并于2015年入职香港理工大学担任助理教授至今。

黄勃龙教授在纳米材料、能源材料、固体功能材料和稀土材料的电子态研究，以及在能源材料纳米表界面、多尺度下的能源转换应用等方向做出了突出成果。目前共发表SCI论文156篇，其中以第一作者/共同第一作者/通讯作者身份发表论文共114篇，包括《Nature》，《Chem. Soc. Rev.》，《Energy Environment. Sci.》，《Adv. Mater.》，《Adv. Energy Mater.》，《Adv. Funct. Mater.》，《Chem》，《J. Am. Chem. Soc.》，《Nat. Commun.》，《Angew. Chem. Int. Ed.》，《Nano Energy》等国际杂志。黄勃龙教授与国内外课题组保持紧密合作，在《Nature》，《Science》，《Energy Environment. Sci.》，《Nat. Commun.》，《Angew. Chem. Int. Ed.》等期刊发表了多篇重要工作。目前所有已发表论文的共计被引用次数超过3700次，H-index 32。黄勃龙教授同时还担任如《Energy Environ. Sci.》，《J. Am. Chem. Soc.》，《Adv. Energy Mater.》，《Adv. Funct. Mater.》，《Nano Energy》等国际期刊的审稿人。

通讯作者段镶锋，加利福尼亚州立大学洛杉矶分校终身教授，博士生导师。

2011年入选汤森路透集团发布的2000-2010年全球顶尖100化学家名人堂榜单和全球顶尖100材料学家名人堂榜单，2013年8月获得贝尔比奖章，是第三位获得该奖的华人。

研究方向为：纳米材料的合成、组装和表征；先进电子和光子材料与器件；能源利用、转化与存储等。共发表学术论文发表论文200余篇，包括11篇《Nature》，10篇《Science》，《Nature 子刊》30余篇，被引次数超过50000次。

通讯作者段曦东，湖南大学教授，博士生导师，省重点实验室主任。

段曦东教授近年来一直从事新二维材料和二维复杂结构（包括横向和垂直异质结、多异质结、超晶格、异质结阵列）的制备、表征和在电子、光电子、催化等领域应用等的研究。近五年相关研究以通讯作者或第一作者发表SCI论文25篇，其中IF>10的18篇（其中包括Science 1篇，Nature 1篇，Nat. Nanotechnol. 1篇，J. Am. Chem. Soc. 3篇，Chem. Soc. Rev. 2篇，Nano Lett 2篇，ACS Nano1篇，Adv. Mater. 2篇，Adv. Fun. Mater 1篇，Angew. Chem. Int. Ed. 1篇等），其中热点论文2篇，高被引论文7篇，论文近五年他引2800余次，单篇论文引用超500次。有授权专利7项。

获2017年湖南省自然科学一等奖（排名第二），获2017年中国电子科技十大进展奖，2018年获湖南大学岳麓学者特聘教授A岗，2019年获国家自然科学二等奖(排名第三)。他通过精确调控二维材料的化学成分和电子结构，在国际上率先制备出了人类历史上第一个原子级薄的二维材料横向异质结；并成功示范了其在光电检测、光伏效应和反相器方面的应用。以所发表的二维材料工作为基础撰写了二维材料研究进展综述。2017年和段镶锋教授合作，实现了2D异质节、多异质节以及超晶格的可控外延生长（Science 2017），这是以湖南大学为第一作者和第一单位发表的首篇Science论文。

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原文传递

详情请点击论文链接: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2098-y

《半导体学报》简介：

《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文月刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。

2016年，JOS被ESCI收录。

2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。

2020年，JOS被EI收录。

“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：

《半导体学报》在创刊四十年之际，启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：[e-mail]，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。

JOSarXiv预发布平台简介：

半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。

JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！

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