晶圆级单晶WS2的制备

近期,北京大学研究团队介绍了在邻近的a面蓝宝石表面上成功地外延生长晶圆级单晶WS2单层膜。该研究工作不仅为促进绝缘体上各种二维材料的晶圆级单晶的生产提供了机会,还为集成器件的应用铺平了道路。

晶圆级单晶WS2的制备图片

晶圆级二维过渡金属二硫属化物(TMD)单晶薄膜是高端器件应用中必不可少的材料。因而在近几年科学家的不断努力研究下,其在取向控制方面取得了一些进展,但是晶圆尺度绝缘衬底上的单层单晶薄膜并没有直接生长。这主要是因为TMD的非中心对称C3v晶格导致了大多数高对称表面上的反平行岛的等效性。因此,需要开发新的方法来实现绝缘体上TMD岛的单向对齐。

由于TMDs和六方氮化硼(hBN)晶格具有相同的面内对称性,2D hBN的成功外延可以为获得大面积外延TMD单晶提供重要线索。不过,由于TMD边缘与台阶边缘的耦合不可行,所以应获得晶圆尺度上均匀的原子平面,从而确保2D材料和基底之间的均匀、密切接触。

经过科学家的不断努力研究,北京大学研究者成功在邻近的a面蓝宝石表面上制备出了晶圆级单晶WS2单层膜。研究表明,外延是由双耦合机制驱动,其中蓝宝石平面与WS2的相互作用导致了WS2晶体的两个择优反平行取向,而蓝宝石阶梯边与WS2的相互作用破坏了反平行取向的对称性。这两个相互作用导致几乎所有WS2岛的单向排列。进一步的多尺度表征技术显示了WS2岛的单向排列和无缝拼接,约55%的光致发光圆形螺旋度进一步证明了WS2单层的高质量,可媲美剥离的WS2薄片。

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