晶片级单晶WS2的制备

近日，北京大学的研究团队介绍了在相邻的A面蓝宝石表面成功外延生长了晶圆级单晶WS2单层。这项研究不仅为促进在绝缘体上生产各种二维材料的晶片级单晶提供了机会，也为集成器件的应用铺平了道路。

圆片级二维过渡金属二硫化物(TMD)单晶薄膜是高端器件应用的必备材料。因此，近年来在科学家的不断努力下，在取向控制方面取得了一些进展，但还没有直接生长出圆片级绝缘衬底上的单层单晶薄膜。这主要是因为TMD的非中心对称C3v晶格导致了大多数高度对称表面上反平行岛的等价性。因此，有必要发展一种新的方法来实现绝缘体上TMD岛的单向排列。

由于TMDs和六方氮化硼(hBN)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。然而，因为TMD边缘和台阶边缘之间的耦合是不可行的，所以应该获得晶片尺度上均匀的原子平面，以确保2D材料和衬底之间均匀且紧密的接触。

通过科学家的不断努力，北京大学的研究人员成功地在相邻的A面蓝宝石表面制备了晶圆级单晶WS2单层。研究表明，外延是由双耦合机制驱动的，其中蓝宝石平面与WS2的相互作用导致WS2晶体的两个择优反平行取向，而蓝宝石台阶边缘与WS2的相互作用破坏了反平行取向的对称性。这两种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%的光致发光圆螺旋度进一步证明了WS2单层的高质量，与剥离的WS2片相当。