原子薄二硫化鉬（MoS2）具有優異的機械、光學和電子性能，是一種很有前途的集成柔性電子器件半導體材料。然而，基于MoS2高密度和高性能的大規模柔性集成電路的制造仍然是一個挑戰。這篇文章實現了使用四英寸晶圓級MoS2單層在柔性襯底上制造透明MoS2基晶體管和邏輯電路。使用了改進的化學氣相沉積工藝來生長具有大晶粒尺寸的晶片級單層，并使用金/鈦/金電極，接觸電阻低至2.9 kΩ/μm。場效應晶體管具有高器件密度（每cm2 1518個晶體管）和高成品率（97%），并且具有高開關比（1010）和高電流密度（約35?μA/μm），遷移率（~55?cm2V?1s?1）和靈活性。我們還使用這種方法構建了多種的集成邏輯電路：反相器、NOR門、NAND門、AND門、靜態隨機存取存儲器和五階環形振蕩器。

圖1 柔性基MoS2集成電路，bc為材料生長，d為HRTEM圖

從2寸到4寸工藝改進：通過擴大生長室并添加更多硫和氧化鉬的蒸發池來重新設計我們的化學氣相沉積（CVD）系統，每個蒸發池中的載氣獨立流動，以實現蒸發控制和穩定；藍寶石襯底被加載到我們的生長室中，晶圓表面直接面向蒸發池，以保證前體向4英寸藍寶石襯底的穩定質量通量運輸。該工藝生長的MoS2樣品具有更大的晶粒尺寸平均約為20 μm。柔性襯底PET上的MoS2樣品由藍寶石襯底上轉移而來。

圖2 MoS2晶體管性能，主要包括接觸優化，遷移率改善

器件的源漏電極接觸金屬為Au（3 nm）/Ti（3 nm）/Au（30 nm），相對于Ti/Au電極，接觸性能有了很大的改善。文章補充材料中給出的解釋是3 nm的插層金屬Au一方面保證了電極和MoS2接觸界面出MoS2薄膜的潔凈度和無損，另外也起到了n型摻雜的作用。

圖3 MoS2晶體管柔性特性測試

圖4 各種邏輯電路顯微鏡照片集測試結果