Nature Nanotechnology：晶圆级单晶MoS2薄膜生长

纳米技术

2021-12-27

Nature Nanotechnology编辑Olga Bubnova对目前南京大学王欣然、东南大学王金兰等发展的成功实现生长面积达到厘米级别的MoS₂工作进行评述。

生长晶圆尺度单晶二维半导体材料（比如过渡金属硫化物），是实现这种材料应用于工业化过程中的重要一步。通过批处理和可靠的集成技术将过渡金属硫化物材料以高通量、大量制备的方式生成空间上均匀的单层或者多层材料，其中通过自下而上的化学气相沉积法可能实现这种制备过程。

本文要点：

（1）

与目前已经成功实现的晶圆级石墨烯单晶或者六方晶相BN区别，目前在工业化基底上生长晶圆级单晶TMD仍没有成功。因此，南京大学王欣然、东南大学王金兰等最近报道在2-inch在C-plane蓝宝石基底上生长单层MoS₂单晶，而且随后能够转移到其他各种各样的基底上。

（2）

为了将CVD生长过程无取向性的生长区域连接，作者使用C-plane蓝宝石作为基底，沿着A轴切割而且生成台阶边缘结构，因此得以调控成核能量，阻止生成非平行的MoS₂。通过这种基底作用，得以实现了99 %的晶畴能够很好的连接，同时没有明显的晶界。

通过低剂量电子散射、SHG成像、暗场TEM表征等表征技术，验证了CVD生成单晶MoS₂薄膜，通过Raman、AFM表征技术验证单晶MoS₂薄膜的结构在较大的面积具有均一性。

（3）

将CVD方法得到的单晶MoS₂薄膜转移到SiO₂/Si基底上，随后能够制备面积达到数厘米的场效应晶体管阵列。以较高的产率（94.3 %）生成FET晶体管，生成的FET晶体管展示了较高的电子传输能力，但是其中仍具有一些性质上的变化，可能因为聚合物进行转移传输过程中聚合物的污染导致。

作者发现这种CVD合成大面积单晶的方法能够应用于其他2D材料，比如MoSe₂。

参考文献

Bubnova, O. 2D materials grow large. Nat. Nanotechnol. 16, 1179 (2021).

DOI: 10.1038/s41565-021-01024-w

https://www.nature.com/articles/s41565-021-01024-w