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18日，科技日報(bào)記者從江南大學(xué)獲悉，由該校物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院顧曉峰、肖少慶教授等組成的科研團(tuán)隊(duì)(低維半導(dǎo)體材料與器件實(shí)驗(yàn)室)，通過多年反復(fù)研究與試驗(yàn)，提出了一種具有普適性的氫氣輔助反向氣流化學(xué)氣相外延法，實(shí)現(xiàn)了多種TMDs及其合金高質(zhì)量雙層單晶的大范圍可控生長。相關(guān)研究成果，日前在線發(fā)表在《自然·通訊》上。

“目前，用于基礎(chǔ)研究和光電應(yīng)用的雙層及多層TMDs多來自于機(jī)械剝離法以及后處理方法，如：激光刻蝕、等離子體刻蝕和熱退火等，普遍存在產(chǎn)率低、層數(shù)和尺寸可控性差等問題。雖有少數(shù)工作采用化學(xué)氣相沉積(CVD)法制備出雙層及多層TMDs，但仍存在晶體質(zhì)量差、尺寸和層數(shù)不可控等問題。”顧曉峰說。

肖少慶介紹，要解決相關(guān)制備問題難度很大。根據(jù)生長動(dòng)力學(xué)理論，雙層單晶的生長至少需要兩個(gè)不同溫度的生長階段來促使單層的垂直高階堆垛，但是在傳統(tǒng)CVD升溫階段過程中，對前驅(qū)反應(yīng)氣體的控制不良通常會(huì)導(dǎo)致形成不可控和不需要的成核中心，進(jìn)而顯著降低所制備晶體的質(zhì)量和可控性。

“我們提出的一種具有普適性的氫氣輔助反向氣流化學(xué)氣相外延法，通過在升溫階段引入氫氣反向氣流并控制生長溫度梯度，不僅有利于減少外延生長時(shí)不需要、不可控的成核中心，而且有利于源自第一單層成核中心的第二單層的均質(zhì)外延。”肖少慶說，這種方法的效率遠(yuǎn)超機(jī)械剝離法和傳統(tǒng)的CVD方法，并在三層及多層單晶的逐層可控制備方面展現(xiàn)出巨大的潛力。同時(shí)，通過控制第二層的生長溫度可以得到不同堆垛的雙層TMDs單晶如AA堆垛和AB堆垛的二硫化鉬(MoS2)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)AA堆垛的雙層MoS2具有比單層更高的場效應(yīng)管遷移率;通過采用多種源粉首次合成了MoWSSe四元合金雙層單晶，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其場效應(yīng)晶體管表現(xiàn)出明顯的雙極性特征。 (過國忠 陸敏芝)