近期，南京大學(xué)和東南大學(xué)研究者共同實(shí)現(xiàn)了在C面藍(lán)寶石襯底上外延生長(zhǎng)2英寸（~50 mm）的單層二硫化鉬（MoS2）單晶，其是迄今為止所報(bào)道的單層MoS2晶體管中最佳的整體器件。
二維過(guò)渡金屬二硫化物（TMDCs）半導(dǎo)體材料，在將摩爾定律推廣到硅以外方面引起了人們極大的興趣。然而，盡管人們已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，但是在可擴(kuò)展和工業(yè)兼容的襯底上獲得晶圓級(jí)TMDCs單晶仍然充滿極大的挑戰(zhàn)。
經(jīng)過(guò)近幾年科學(xué)家不斷地努力探索，最終制備出了以C面藍(lán)寶石為襯底的二硫化鉬單晶。研究者設(shè)計(jì)了與標(biāo)準(zhǔn)襯底垂直的藍(lán)寶石A軸（C/A）的錯(cuò)切取向，盡管錯(cuò)切取向的改變不影響外延關(guān)系，但所得臺(tái)階邊緣打破了反平行MoS2疇的成核能簡(jiǎn)并性，并導(dǎo)致超過(guò)99%的單向排列，從而解決了市場(chǎng)上C面藍(lán)寶石襯底外延生長(zhǎng)TMDCs單晶存在的問(wèn)題。
研究表明，襯底的MoS2呈現(xiàn)100%單向排列，且重復(fù)性超過(guò)99%，并具有極好的晶圓級(jí)均勻性。另外，所制備的MoS2單晶可以批量制造幾厘米長(zhǎng)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）陣列，并獲得了102.6cm2/(v·s)的遷移率和450μA/μm的飽和電流，這是目前單層MoS2的最高值。對(duì)160個(gè)厘米級(jí)場(chǎng)效應(yīng)管的統(tǒng)計(jì)分析表明，器件成品率超過(guò)94%，遷移率變化15%。
與使用六角形BN或Au作為外延襯底的的潛在競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)相比，該方法使用了廣泛應(yīng)用的低成本C面藍(lán)寶石，這種藍(lán)寶石可以很容易地?cái)U(kuò)展到8英寸，并且與工業(yè)工藝具有良好的兼容性。該方法為未來(lái)電子學(xué)提供了一條通用和可擴(kuò)展制備TMDCs單晶的途徑。
