芯片材料缺陷问题一直是集成电路器件研究和生产领域的一个重要而复杂的问题，对集成芯片的性能发挥关键作用。为改善芯片性能，新兴的二维材料与传统的金属薄膜在半导体硅基衬底上持续集成，已在多功能传感器、集成电路、人工智能等工业领域得到了重要应用。对光电化学传感器来说，在器件加工中容易产生表面缺陷结构，引起载流子复合，降低器件性能。为有效提升载流子迁移效率，利用表面缺陷工程的光阱效应，修复微纳制造过程中产生的纳米尺度不平整光阱表面结构，探索光-静电协同作用机制，迫切需要一种有效的二维材料基器件缺陷调控工艺及机理探索。
针对上述问题，武汉纺织大学分析测试中心熊祎团队与安徽大学集成电路研究院副院长曾玮团队合作，调控自旋涂层技术，逐步构建了多维范德瓦尔斯异质结，修复器件制备过程中本征的三维缺陷。探索使用二维硼烯、铋烯对硅/银衬底上的三维缺陷进行自适应修补，使用二维黑磷和衍生的锐钛矿TiO2纳米结构精确地修补MXene层上的缺陷结构，极大提高了光电化学传感器的性能和稳定性。该研究提出了基于缺陷工程的二维范德瓦尔斯异质结设计，进行微结构和光-静电传感机理研究，对于开发新型异质结型半导体传感器具有重要意义。
图1 基于缺陷工程的光电化学-静电场传感器工作机理示意图。
相关研究成果以“Defect engineering borophene/bismuthene/MXene/black phosphorus van der Waals laminations for sensitive photoelectrochemical-electrostatic sensors”为题发表在材料科学top期刊《Applied Surface Science》上，武汉纺织大学为论文通讯单位，安徽大学曾玮教授为论文第一作者，武汉纺织大学熊祎教授为论文通讯作者，博士研究生桂安、王裕民和曾玮团队本科生同学章子楚，邓黎婷，田园，李延龙，贺新雨，华梁苹，凌鹏，狄康参与了工作。本研究得到了国家自然科学基金，安徽省自然科学基金，纺织纤维及制品教育部重点实验室开放基金，先进纺纱织造及清洁生产国家工程实验室开放基金等项目的支持。近年来，熊祎教授与曾玮教授团队持续深度合作，针对功能材料的纳米结构和缺陷的电子显微学、智能传感器件的材料优化、器件设计、仿真模拟、功能耦合及应用研究方面取得了一定科研进展（Nano Energy, 2022, 104, 107970; J. Phys. Chem. C 2024, 128, 10, 4343–4353; Electrochimica Acta, 2023, 460, 142597; J. Phys. Chem. C, 2023, 127, 2, 1229–1243; J. Electrochem. Soc., 2021, 168, 117511; Nucl. Fusion, 2022, 62, 126034; Journal of Materials Science, 2022, 57, 3553–3564; Applied Surface Science, 2022, 588, 152942; Journal of Nuclear Materials, 2021, 548, 152862; Journal of Crystal Growth, 2020, 552, 125927; ACS Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 29, 10714–10725; Nano-Micro Lett., 2020, 12, 44; Materials & Design, 2020, 191, 108633; Chinese Journal of Chemical Engineering, 2020, 28, 334-1343）。
系列研究得到武汉纺织大学分析测试中心电子显微镜实验室的支持，其中测试主要使用的大型仪器设备有场发射扫描电镜（JSM-7800）、透射电子显微镜（JEOL-2100）、X射线衍射仪（Empyrean）和原子力显微镜（SPM9700）等。
