二維(2D)過(guò)渡金屬二硫族化物(TMDC)半導(dǎo)體是用于硅外電子器件的有前途的材料，但是單晶TMDCs的生長(zhǎng)一直局限于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的小晶片尺寸。

2025年10月23日，南京大學(xué)王欣然、李濤濤、蘇州實(shí)驗(yàn)室Ding Feng共同通訊在Science在線發(fā)表題為“Robust epitaxy of single-crystal transition-metal dichalcogenides on lanthanum-passivated sapphire”的研究論文，該研究報(bào)道了在鑭鈍化的c面鑭上外延150毫米單晶TMDC晶片。

鑭的單原子層降低了表面對(duì)稱性，并將反平行疇之間的能量差增加了多達(dá)200倍，導(dǎo)致單向疇排列。通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)和金屬有機(jī)CVD工藝生長(zhǎng)了單晶二硫化鉬(MoS2)、二硒化鉬(MoSe2)、二硫化鎢(WS2)和二硒化鎢(WSe2)。晶圓級(jí)光譜和器件測(cè)量證明了150毫米TMDCs的卓越質(zhì)量和均勻性，MoS2和WSe2在室溫下的平均遷移率分別為110和131平方厘米/伏特/秒。

二維(2D)過(guò)渡金屬二硫族化物(TMDCs)被認(rèn)為是將半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展到原子極限的通道材料。然而，作為工業(yè)應(yīng)用的先決條件，單晶TMDCs的規(guī)?；a(chǎn)仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。這部分是由于缺少能夠?qū)崿F(xiàn)單一取向TMDCs的通用和魯棒外延的襯底。

機(jī)理模式圖（圖源自Science）

該研究通過(guò)襯底工程的方法建立了一個(gè)用于生長(zhǎng)晶片級(jí)單晶TMDCs的強(qiáng)大且通用的途徑。La-Al2O3(0001)襯底克服了先前工作在窄工藝窗口、材料類型和大面積均勻性方面的限制。La鈍化降低了Al2O3(0001)表面的對(duì)稱性，并增加了反平行疇之間的結(jié)合能差，確保了疇的單向排列，而與材料類型、襯底切割、生長(zhǎng)過(guò)程和前體類型無(wú)關(guān)。晶圓級(jí)光譜和器件測(cè)量證明了TMDCs卓越的質(zhì)量和均勻性。這項(xiàng)工作解決了2D半導(dǎo)體商業(yè)化的一個(gè)主要問(wèn)題，并將大大擴(kuò)展未來(lái)電子學(xué)的視野。這項(xiàng)工作代表著面向下一代電子產(chǎn)品的單晶TMDC晶片可規(guī)?；a(chǎn)的顯著進(jìn)步。

參考信息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea0849