王欣然教授，2004年本科畢業于南京大學，2010年獲美國斯坦福大學物理學博士學位，2010-2011年期間在美國斯坦福大學和伊利諾伊大學香檳分校做博士后研究員。現為南京大學電子科學與工程學院、固體微結構國家重點實驗室教授、博士生導師。2011年入選國家首批“青年計劃”；2013年獲國家杰出青年基金資助；2014年獲江蘇青年五四獎章。
近年主要開展二維（2D）材料與信息器件的研究。主持承擔了973、國家科技重大專項、國家自然科學基金面上項目、中港合作項目等。在Science、Nature、Nature子刊發表論文10余篇，引用超過7500次。研究方向：（1）2D材料的可控制備與表征；（2）微納電子與光電器件；（3）柔性電子學。
課題組主頁：http://ese.nju.edu.cn/wang_lab。
最近，該課題組與其他團隊合作分別在2021年9月2日和9月9日，于Nature Nanotechnology（IF=39.213）發表了最新成果。下面對這兩篇成果進行簡要介紹。
1. 南大&東南：最高值！晶圓級MoS2半導體單晶
二維（2D）半導體，特別是過渡金屬二鹵化物（TMDCs），在將摩爾定律擴展到硅（Si）之外的領域而受到了極大的關注。藍寶石（晶狀α-Al2O3）在III-V半導體工業中被廣泛用作外延基底，但是尚未很好的證明在可擴展且與工業兼容的基底上生長晶圓級TMDCs單晶。近日，南京大學王欣然教授和東南大學王金蘭教授（共同通訊作者）等人報道了在C面藍寶石上外延生長制備了2英寸（~50 mm）的單層二硫化鉬（MoS2）半導體單晶。作者設計了朝向藍寶石A軸（C/A）的錯切取向，其中A軸垂直于標準基板。雖然錯切取向的變化不會影響外延關系，但是由此產生的階梯邊緣打破了反平行MoS2疇的成核能簡并性，并且導致超過99%的單向排列，從而解決了市場上C面藍寶石基底外延生長TMDCs單晶存在的問題。
通過顯微鏡、光譜和電學測量均表明，所制備的晶圓級MoS2單晶具有極佳的均勻性。作者進一步制造了場效應晶體管（FETs），獲得了102.6 cm2 V-1 s-1的遷移率和450 μA μm-1的飽和電流，是目前單層MoS2中的最高值。通過對160個厘米級FETs統計分析表明，器件成品率超過94%、遷移率變化為15%，進一步證明了在C/A藍寶石上成功制備了晶圓級MoSe2單晶。該研究中的方法提供了一種通用且可擴展的途徑來生產面向未來電子產品的TMDCs單晶。
圖2. C/A藍寶石（0001）基底上MoS2疇的單向排列
總之，作者在C面藍寶石上通過外延生長法制備了圓晶級MoS2半導體單晶。同時，作者進一步制造了場效應晶體管（FETs），其具有102.6 cm2 V-1 s-1的遷移率和450 μA μm-1的飽和電流，是目前單層MoS2中的最高值。通過對160個厘米級FETs的統計分析表明，器件成品率超過94%、遷移率變化為15%。此外，該方法不僅可以推廣到其它許多2D材料而且由于使用了廣泛應用的低成本C面藍寶石，可以很容易的擴展到8英寸，并且與工業技術具有良好的兼容性。
Epitaxial growth of wafer-scale molybdenum disulfide semiconductor single crystals on sapphire. Nature Nanotechnology, 2021, DOI: 10.1038/s41565-021-00963-8.
https://doi.org/10.1038/s41565-021-00963-8.
2. 南大&廈大：原子薄型晶體管矩陣驅動的3D單片微型LED顯示器
二維（2D）材料由于在原子極限和低溫異質集成下的器件性能極其優異，是未來電子產品的有希望的候選材料。為了將這些新興材料應用到計算和光電系統中，需要與主流技術進行后端（BEOL）集成。近日，南京大學王欣然教授、施毅教授和劉斌教授、廈門大學Rong Zhang（共同通訊作者）等人報道了一種通過BEOL工藝將大面積MoS2薄膜晶體管（TFTs）與氮化物微發光二極管（LED）集成，并展示了高分辨率顯示器。MoS2晶體管的平均遷移率為54 cm2 V-1 s-1，驅動電流為210 μA-1 μm-1，具有良好的均勻性。
TFTs可以在低電壓下驅動微米大小的LED達到7.1×107 cd m-2的亮度。通過對驅動能力、響應時間、功耗和調制方案的綜合分析表明，MoS2 TFTs適用于高分辨率和亮度限制下的一系列顯示應用。作者進一步演示了傳統的32×32有源矩陣顯示器，分辨率為每英寸1270像素。此外，該工藝是完全單片的、低溫的、可擴展的，并且可與微電子工藝兼容。
圖3. MoS2 TFTs驅動的單個微型LED性能
總之，作者報道了由原子薄MoS2 TFsT驅動的全3D單片1270-PPI AM微型LED顯示器。通過低溫超清潔工藝對MoS2進行了BEOL集成，并且顯示出優異的電氣性能和均勻性。通過對驅動能力、亮度、響應時間、功耗和調制方案的綜合分析表明，MoS2 TFTs適用于一系列高分辨率和亮度限制的微型LED顯示應用。此外，作者設想新型透明和可穿戴顯示器將由原子薄半導體實現，用于生物醫學應用和人-機界面。作者相信異質BEOL集成和成熟的半導體技術將在不久的將來迅速推進2D材料技術。
Three-dimensional monolithic micro-LED display driven by atomically thin transistor matrix. Nature Nanotechnology, 2021, DOI: 10.1038/s41565-021-00966-5.
https://doi.org/10.1038/s41565-021-00966-5.
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