近年来，二维铋引起了科研工作者的广泛研究兴趣，它具有奇特的电、热、光等性质，有望应用于CMOS器件中。这得益于二维铋可以通过与CMOS工艺兼容的物理气相沉积方法制备，实现厚度均匀、高质量和大面积等优点。然而，当前对于物理气相沉积方法制备二维铋的系统性综述寥寥无几，亟需对已有相关研究现状进行归纳、总结和展望。

东南大学材料科学与工程学院陶立教授课题组在半导体学报（卓越计划入选期刊）发表了题为“Physical vapor deposited 2D bismuth for CMOS technology（面向CMOS工艺的物理气相沉积二维铋）”的邀请综述，对当前二维铋的气相沉积制备方法及其在CMOS器件方面的最新应用进行了系统地总结。综述梳理了制备二维铋的不同气相沉积方法（分子束外延法、脉冲激光沉积法、电子束蒸镀法、磁控溅射法、热蒸镀法），在归纳这些方法的优缺点之余，还对不同方法所制备的二维铋的晶体结构特征与物理性能间的联系进行了概括。之后全面介绍了二维铋薄膜在诸如场效应晶体管、传感器、自旋电子器件、存储器等CMOS相关领域中的应用前景。最后，作者介绍了Bi-X( X = Sb, Te, Se)合金化的方法来增强二维铋薄膜性能的策略。

目前对以二维铋为代表的二维X烯材料的研究正呈蓬勃之势，但是在许多方面仍然存在技术挑战：比如，探索兼顾高质量和低成本特点的制备方法、发展适合于二维X烯材料的先进表征技术、缩小理论预测与实验值之间的差异、合理设计与调控以增强光电声磁等物理性能等。本综述对二维X烯的物理气相沉积制备及其在CMOS器件上的实验研究提供有用的技术信息。

图1. 不同生长方法及速率下二维铋的晶体结构取向特性。

表1. 二维铋及铋薄膜的常见物理气相沉积方法及工艺特点。

Physical vapor deposited 2D bismuth for CMOS technology

Hanliu Zhao, Xinghao Sun, Zhengrui Zhu, Wen Zhong, Dongdong Song, Weibing Lu, Li Tao

J. Semicond. 2020, 41(8): 081001

doi: 10.1088/1674-4926/41/8/081001

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