二维半导体材料因其原子级厚度和优异的电学、光学性能，已成为广泛研究的重点，特别是在纳米电子学、光电子学以及柔性电子设备等领域中具有巨大的应用潜力。与传统的三维半导体材料相比，二维半导体材料具有更加灵活的结构特性和更优越的电子迁移率，因此能够在更小的尺度上实现更高效的电子器件，推动摩尔定律的进一步发展。然而，二维半导体材料的掺杂问题一直是制约其实际应用的瓶颈。特别是在二维材料中实现精确的p型和n型掺杂以及通道的图案化控制，对于大规模集成电路（IC）的实现具有重要意义。传统的离子注入等掺杂技术不适用于二维材料，因此如何实现精确的掺杂控制，尤其是实现可调的p型和n型通道，仍然是一个巨大的挑战。
近日，来自北京大学叶堉教授团队联合北京理工大学徐晓龙、武汉大学何军、张晨栋研究团队的课题组在二维半导体材料的掺杂控制方面取得了重要进展。该团队设计并制备了一种新的二维半导体2H-MoTe2，并采用替代掺杂技术，实现了对该材料载流子浓度和类型的精确控制。通过在Mo薄膜中精确引入Nb或Re掺杂剂，该方法能够有效调节2H-MoTe2薄膜在p型和n型区域的载流子浓度，范围从10¹⁰ cm⁻²到10¹² cm⁻²。更为重要的是，研究人员通过传统的光刻和刻蚀技术，成功实现了对这些掺杂区域的图案化控制，进而构建了具有精确控制的p型和n型通道。
该方法不仅克服了传统掺杂技术在二维材料中应用的局限性，而且通过一步生长工艺实现了空间选择性掺杂的二维薄膜，极大地简化了制造过程。研究团队利用这一技术成功构建了一个芯片级的二维CMOS反相器阵列，展示了优异的器件性能和良率。在Vdd=4V时，该反相器阵列的电压增益达到了38.2，并且静态功耗为89.5 nW，显示了该技术在实际应用中的巨大潜力。
这一成果标志着二维半导体材料在集成电路和大规模集成技术中的应用取得了实质性进展，为未来二维材料在电子器件中的广泛应用提供了新的技术路线。
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