二维材料是一类特殊的材料，这种材料在一个维度上的尺寸可以达到原子层厚度，但在其他两个维度依旧保持较大的尺寸。而在这个家族中，较早被实验证明的，便是石墨烯。石墨烯独特的电学性质使其得到了高度的重视，并逐渐发展出电子信息领域、能源领域、复合材料领域等众多领域的重要材料。
事实上，凭借独特的物理特性与广泛的应用场景，二维材料成为后摩尔时代的重要技术方向，在多个国家得到重视，并逐渐成为光电子、量子计算、柔性电子等领域技术革新的突破口。在这之中，以二硫化钼为代表的二维半导体材料因其优异的电学特性，被视为后摩尔时代最具潜力的非硅新材料。
然而，二维半导体想要实现产业化制备却非常困难。一方面，想要实现产业化制备，需要保证薄膜的定向生长，这依赖大尺寸、低对称性的衬底作为外延模板；另一个方面，二维材料对生长动力学极其敏感。这使得其陷入了“量产悖论”。常用的化学气相沉积(CVD)技术能制备高质量单晶，但尺寸小、均匀性差、可重复性低，无法满足工业生产需求，传统MOCVD技术虽具备规模化生产潜力，但易生成缺陷多、电子迁移率低的多晶材料，实用价值较低。
不过，就在最近，东南大学物理学院教授王金兰团队联袂南京大学教授王欣然团队成功在该领域实现了重要突破，通过新技术突破上述难题，实现了6英寸过渡金属硫化物二维半导体单晶量产可能。
据介绍，研究团队通过在制备二维半导体的过程中引入氧气，创新设计材料生长的预反应腔结构，在高温下使氧气与前驱体充分预反应，这降低了反应过程的能量障碍，使前驱物反应速率提升约1000倍以上。通过这种方法，二硫化钼晶畴平均尺寸从百纳米级提升至数百微米，并沿特定晶向有序排列。更重要的一点是，整个过程抑制了含碳中间体的形成，同时解决了碳污染问题。
值得一提的是，这项技术突破不仅验证了“动力学调控提升材料质量”的理论构想，更为我国集成电路产业突破技术瓶颈、保障产业链供应链安全提供了重要支撑，目前相关成果已经在国际学术期刊《Science》在线发表，题目为《氧气辅助实现过渡金属硫化物生长的动力学调控》(DOI: 10.1126/science.aec7259)，感兴趣的读者可以自行查阅学习。
本文参考资料来源：东大新闻网
