清华大学-伯克利深圳学院成会明、刘碧录团队提出了一种基于“溶解-析出”机理生长二维过渡金属硫族化合物（TMDCs）的普适性方法。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National Science Review（《国家科学评论》）。

“溶解-析出”生长方法的设计策略（a, b）及其与传统化学气相沉积方法（c）的对比

二维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，引起了研究人员的广泛关注。化学气相沉积（CVD）是生长二维材料的重要方法之一。然而在传统的CVD生长TMDCs过程中存在以下问题（见上图c）：

i. 不均匀：金属源在空间上分布不均匀，导致不同区域样品的成核密度、尺寸大小、层数等不一致；

ii. 不洁净：金属源和非金属源通过同一扩散路径到达衬底表面，并发生表面反应和气相反应，而气相反应往往会产生副产物而沉积于生长的样品表面，导致样品表面污染。

在该文中，研究者借鉴石墨烯的生长方法，采用具有金属源溶解能力的玻璃衬底，以“溶解-析出”策略克服了上述问题，在厘米级衬底上实现了TMDCs均匀、洁净的可控生长（见上图a, b）：

i. 均匀：该方法将金属源包裹于玻璃夹层内，在高温下，金属溶解于薄玻璃片，向玻璃表面扩散，实现了其在玻璃表面的均匀供给；

ii. 洁净：金属源和非金属源从不同的供给路径到达玻璃表面，从而将生长限制于表面，避免了气相反应发生所产生的副产物。

对结构、电学和光学性质等研究发现，该方法生长的TMDCs具有较高的电学、光学质量和表面洁净度。此外，该方法也适用于WS2、MoSe2、MoTe2、MoxW1-xS2、金属元素取代掺杂等其它二维材料的生长，具有很好的普适性。

该“溶解-析出”生长方法对理解CVD生长TMDCs过程中的基础科学问题和设计新型CVD生长体系具有指导意义，相关策略有望拓展至其它非层状结构材料体系的制备，进一步推动二维材料在高性能电子器件等领域中的应用。 

来源：中国科学杂志社