在半导体器件不断小型化和柔性化的趋势下，以二硫化钼(MoS2)等过渡金属硫属化合物(TMDC)为代表的二维半导体材料显示出独特优势，具有超薄厚度(单原子层或少原子层)和优异的电学、光学、机械性能及多自由度可调控性，使其在未来更轻、更薄、更快、更灵敏的电子学器件中具有优势。然而，现阶段以器件应用为背景的单层二硫化钼研究仍存在两个关键问题：材料制备，即如何获得高质量大尺度的二硫化钼晶圆；器件工艺，即如何实现高密度、高性能、大面积均一的器件加工，这是新型半导体材料从实验室走向市场要经历的共性问题，若能解决其高质量规模化制备和集成器件性能调控的关键科学障碍，将推动二维半导体材料的应用发展进程，给柔性电子产业注入新的发展动力。
　　物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。
　　半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体是指一种导电性可控，范围从绝缘体到导体之间的材料。从科学技术和经济发展的角度 来看，半导体影响着人们的日常工作生活，直到20世纪30年代这一材料才被学界所认可。
　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心研究员张广宇课题组致力于高质量二维材料的外延、能带调控、复杂结构叠层、功能电子器件和光电器件的研究。近期，该组博士生王琴琴等在张广宇的指导下，利用自主设计搭建的四英寸多源化学气相沉积设备，采用立式生长方法在蓝宝石衬底上外延制备四英寸高质量连续单层二硫化钼晶圆，所外延的高质量薄膜由高定向(0°和60°)的大晶粒(平均晶粒尺寸大于100 μm)拼接而成。在高定向的薄膜中，高分辨透射电子显微镜观测到近乎完美的4|4E型晶界。得益于多源设计，所制备的晶圆具有目前国际上报道中高的电子学质量。相关研究成果于近期发表在Nano Letters 2020上。
　　在上述研究的基础上，该组博士李娜等在张广宇、副研究员杨蓉的指导下，优化一系列器件加工工艺，包括：采用兼容的微加工工艺，逐层制作器件，保证器件层与层间的洁净，实现器件阵列加工的大面积均一性；采用独特的物理吸附与化学反应相结合的原子层沉积方法，提高器件绝缘层质量；采用金/钛/金多层结构作为接触电极，有效降低器件的接触电阻。通过优化手段，实现大面积二硫化钼柔性晶体管及逻辑器件(如反相器、或非门、与非门、与门、静态随机存储器以及五环振荡器等)的制作，器件表现出优异的功能特性。其中，柔性场效应晶体管器件密度可达1518个/平方厘米，产量达97%，是目前已报道结果中的高指标。此外，单个器件还表现出优异的电学性能和柔韧性，开关比达到1010，平均迁移率达到55 cm2 V-1s-1，平均电流密度为35 μAμm-1。相关研究结果于近期发表在Nature Electronics 2020上。
　　上述两项研究实现二硫化钼柔性晶体管器件及逻辑器件的高密度集成，为大面积柔性电子器件的发展提供新的思路与技术基础，预计可有效推动二维半导体材料在柔性显示屏、智能可穿戴器件方面的应用。研究工作由物理所和松山湖材料实验室联合完成，并得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院战略性先导科技专项(B类)和青年创新促进会等的资助。
　　应用领域
　　半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明应用、大功率电源转换等领域应用。
　　光伏应用
　　半导体材料光生伏特效应是太阳能电池运行的基本原理。现阶段半导体材料的光伏应用已经成为一大热门 ，是目前世界上增长快、发展好的清洁能源市场。太阳能电池的主要制作材料是半导体材料，判断太阳能电池的优劣主要的标准是光电转化率 ，光电转化率越高 ，说明太阳能电池的工作效率越高。根据应用的半导体材料的不同 ，太阳能电池分为晶体硅太阳能电池、薄膜电池以及III-V族化合物电池。
　　照明应用
　　LED是建立在半导体晶体管上的半导体发光二极管 ，采用LED技术半导体光源体积小，可以实现平面封装，工作时发热量低、节能高效，产品寿命长、反应速度快，而且绿色环保无污染，还能开发成轻薄短小的产品 ，一经问世 ，就迅速普及，成为新一代的优质照明光源，目前已经广泛的运用在我们的生活中。如交通指示灯、电子产品的背光源、城市夜景美化光源、室内照明等各个领域 ，都有应用。
　　大功率电源转换
　　交流电和直流电的相互转换对于电器的使用十分重要 ，是对电器的必要保护。这就要用到等电源转换装置。碳化硅击穿电压强度高 ，禁带宽度宽，热导性高，因此SiC半导体器件十分适合应用在功率密度和开关频率高的场合，电源装换装置就是其中之一。碳化硅元件在高温、高压、高频的又一表现使得现在被广泛使用到深井钻探，发电装置中的逆变器，电气混动汽车的能量转化器，轻轨列车牵引动力转换等领域。由于SiC本身的优势以及现阶段行业对于轻量化、高转换效率的半导体材料需要，SiC将会取代Si，成为应用广泛的半导体材料。
　　资料来源：百科、物理研究所