清华-伯克利深圳学院成会明、刘碧录团队NSR: “溶解-析出”方法制备均匀、洁净二维材料

【引言】

二维（2D）过渡金属硫族化合物（TMDCs）因其优异的电学、光学、力学和磁学性能，以及其在电子、光电子和自旋电子器件等领域的广阔应用前景，近年来一直引起人们的广泛关注。化学气相沉积（CVD）是生长2D材料的重要方法之一。然而在传统的CVD生长过程中，（i）金属源在空间上的分布不均匀，导致不同区域的样品的成核密度、尺寸大小、层数等不一致；（ii）反应中的金属源和非金属源共享同一扩散路径，会同时发生表面反应和气相反应，而后者往往会在生长的样品表面沉积副产物，导致样品表面污染。因此开发一种新方法以实现大面积均匀、表面洁净的2D材料显得至关重要，是提高2D TMDCs在高性能电子和光电子器件应用的前提。

【成果简介】

近日，清华-伯克利深圳学院（TBSI）成会明、刘碧录团队开发了一种基于“溶解-析出”机理生长2D TMDCs的普适性方法。该方法将金属源包裹于玻璃夹层内，金属源在高温下向玻璃表面扩散，实现其在衬底表面的均匀供给；同时将TMDCs的生长限制于衬底表面，避免了气相反应发生所产生的副产物。采用该生长策略实现了在厘米级衬底上生长均匀、表面洁净的单层MoS₂。通过结构和光学表征显示，该方法生长的TMDCs具有较高的电学、光学质量。研究人员发现该方法也适用于WS₂、MoSe₂、MoTe₂、Mo_xW_1-xS₂合金、金属元素掺杂等其它2D材料的生长，具有很好的普适性。该“溶解-析出”生长方法解决了TMDCs生长过程中金属源供给不均匀，反应路径难以控制等问题，有望进一步推动TMDCs在高性能电子器件等领域的应用。研究成果以“Dissolution-Precipitation Growth of Uniform and Clean Two Dimensional Transition Metal Dichalcogenides”（“溶解-析出”法生长均匀、洁净的二维过渡金属硫族化合物“）为题，发表于NationalScienceReview（《国家科学评论》）。

【图文导读】

图1. “溶解-析出”生长方法设计策略及其与传统CVD方法的对比

图2. “溶解-析出”生长的单层MoS₂在厘米级衬底上均匀分布

图3. “溶解-析出”生长的单层MoS₂具有洁净的表面和高质量

该论文共同第一作者为清华-伯克利深圳学院（TBSI）2016级博士生蔡正阳，2018级硕士生赖泳爵，论文通讯作者为成会明院士和刘碧录教授，论文作者还包括博士生赵仕龙，张荣杰，谭隽阳等。该研究由国家自然科学基金委以及深圳市经信委、科创委和发改委等部门支持。

原文链接：Dissolution-precipitation growth of uniform and clean two dimensional transition metal dichalcogenides (National Science Review, nwaa115, https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa115)

https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa115/5849031?searchresult=1