首尔大学7月15日宣布，由该校智能半导体系金泰完教授团队牵头，联合成均馆大学、全北国立大学及韩国原子能研究院相关初创企业Q-Beam Solution开展的合作研究，阐明了二维半导体晶体管在中子辐照条件下的可靠性退化机制。相关论文题为《中子辐照下MoS₂和WS₂晶体管可靠性退化的动态探测》，已发表于《ACS应用材料与界面》。
从左至右：首尔大学硕士研究生白承勇;金泰完教授;Q-Beam Solution公司首席执行官郑奉基(图片：首尔大学)
二维过渡金属硫族化合物(2D TMD)因具备原子层级厚度和良好电学性能，被视为下一代超低功耗、高密度半导体器件的重要候选材料，在航天、航空及其他极端环境电子系统中具有应用潜力。不过，此类材料在空间辐射环境中的抗中子辐射性能及性能退化原因，此前仍缺乏系统实验验证。
研究团队选取典型二维半导体材料MoS₂和WS₂制备场效应晶体管，并利用平均能量为2.2 MeV的中子进行辐照实验。借助Q-Beam Solution提供的中子源，实验实现了10⁶至10⁹ n/cm²量级的中子注量，并对器件辐照前后及辐照过程中的电学特性变化进行精确测量。
结果显示，中子辐照后，MoS₂和WS₂器件均出现有效电流降低、迁移率下降、阈值电压变化以及亚阈值摆幅增大等退化现象。其中，WS₂器件对中子辐照更为敏感，即使在最低辐照条件下，其有效电流也出现明显下降。研究团队认为，这与WS₂组成元素同中子相互作用时产生更高能量转移和更多缺陷有关。
该研究的一项重要特点是采用原位分析方法，在中子辐照过程中实时监测器件电学性能。实验发现，MoS₂器件在辐照期间整体表现相对稳定，而WS₂器件从辐照初期便迅速退化，说明不同二维材料的中子敏感性会直接影响其在实际运行环境中的可靠性。
金泰完表示，该研究系统揭示了中子对二维半导体器件沟道、界面、氧化层及接触区域造成的退化影响，可为面向航天、航空、国防及极端环境应用的抗辐射二维半导体器件设计提供基础参考。该项目获得韩国相关科研与教育计划支持。
