王欣然教授，2004年本科毕业于南京大学，2010年获美国斯坦福大学物理学博士学位，2010-2011年期间在美国斯坦福大学和伊利诺伊大学香槟分校做博士后研究员。现为南京大学电子科学与工程学院、固体微结构国家重点实验室教授、博士生导师。2011年入选国家首批“青年计划”；2013年获国家杰出青年基金资助；2014年获江苏青年五四奖章。
近年主要开展二维（2D）材料与信息器件的研究。主持承担了973、国家科技重大专项、国家自然科学基金面上项目、中港合作项目等。在Science、Nature、Nature子刊发表论文10余篇，引用超过7500次。研究方向：（1）2D材料的可控制备与表征；（2）微纳电子与光电器件；（3）柔性电子学。
课题组主页：http://ese.nju.edu.cn/wang_lab。
最近，该课题组与其他团队合作分别在2021年9月2日和9月9日，于Nature Nanotechnology（IF=39.213）发表了最新成果。下面对这两篇成果进行简要介绍。
1. 南大&东南：最高值！晶圆级MoS2半导体单晶
二维（2D）半导体，特别是过渡金属二卤化物（TMDCs），在将摩尔定律扩展到硅（Si）之外的领域而受到了极大的关注。蓝宝石（晶状α-Al2O3）在III-V半导体工业中被广泛用作外延基底，但是尚未很好的证明在可扩展且与工业兼容的基底上生长晶圆级TMDCs单晶。近日，南京大学王欣然教授和东南大学王金兰教授（共同通讯作者）等人报道了在C面蓝宝石上外延生长制备了2英寸（~50 mm）的单层二硫化钼（MoS2）半导体单晶。作者设计了朝向蓝宝石A轴（C/A）的错切取向，其中A轴垂直于标准基板。虽然错切取向的变化不会影响外延关系，但是由此产生的阶梯边缘打破了反平行MoS2畴的成核能简并性，并且导致超过99%的单向排列，从而解决了市场上C面蓝宝石基底外延生长TMDCs单晶存在的问题。
通过显微镜、光谱和电学测量均表明，所制备的晶圆级MoS2单晶具有极佳的均匀性。作者进一步制造了场效应晶体管（FETs），获得了102.6 cm2 V-1 s-1的迁移率和450 μA μm-1的饱和电流，是目前单层MoS2中的最高值。通过对160个厘米级FETs统计分析表明，器件成品率超过94%、迁移率变化为15%，进一步证明了在C/A蓝宝石上成功制备了晶圆级MoSe2单晶。该研究中的方法提供了一种通用且可扩展的途径来生产面向未来电子产品的TMDCs单晶。
图2. C/A蓝宝石（0001）基底上MoS2畴的单向排列
总之，作者在C面蓝宝石上通过外延生长法制备了圆晶级MoS2半导体单晶。同时，作者进一步制造了场效应晶体管（FETs），其具有102.6 cm2 V-1 s-1的迁移率和450 μA μm-1的饱和电流，是目前单层MoS2中的最高值。通过对160个厘米级FETs的统计分析表明，器件成品率超过94%、迁移率变化为15%。此外，该方法不仅可以推广到其它许多2D材料而且由于使用了广泛应用的低成本C面蓝宝石，可以很容易的扩展到8英寸，并且与工业技术具有良好的兼容性。
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&厦大：原子薄型晶体管矩阵驱动的3D单片微型LED显示器
二维（2D）材料由于在原子极限和低温异质集成下的器件性能极其优异，是未来电子产品的有希望的候选材料。为了将这些新兴材料应用到计算和光电系统中，需要与主流技术进行后端（BEOL）集成。近日，南京大学王欣然教授、施毅教授和刘斌教授、厦门大学Rong Zhang（共同通讯作者）等人报道了一种通过BEOL工艺将大面积MoS2薄膜晶体管（TFTs）与氮化物微发光二极管（LED）集成，并展示了高分辨率显示器。MoS2晶体管的平均迁移率为54 cm2 V-1 s-1，驱动电流为210 μA-1 μm-1，具有良好的均匀性。
TFTs可以在低电压下驱动微米大小的LED达到7.1×107 cd m-2的亮度。通过对驱动能力、响应时间、功耗和调制方案的综合分析表明，MoS2 TFTs适用于高分辨率和亮度限制下的一系列显示应用。作者进一步演示了传统的32×32有源矩阵显示器，分辨率为每英寸1270像素。此外，该工艺是完全单片的、低温的、可扩展的，并且可与微电子工艺兼容。
图3. MoS2 TFTs驱动的单个微型LED性能
总之，作者报道了由原子薄MoS2 TFsT驱动的全3D单片1270-PPI AM微型LED显示器。通过低温超清洁工艺对MoS2进行了BEOL集成，并且显示出优异的电气性能和均匀性。通过对驱动能力、亮度、响应时间、功耗和调制方案的综合分析表明，MoS2 TFTs适用于一系列高分辨率和亮度限制的微型LED显示应用。此外，作者设想新型透明和可穿戴显示器将由原子薄半导体实现，用于生物医学应用和人-机界面。作者相信异质BEOL集成和成熟的半导体技术将在不久的将来迅速推进2D材料技术。
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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