在绝缘衬底上生长晶圆级单晶二维（2D）过渡金属二硫化物（TMD）对各种高端应用至关重要。虽然已经报道过晶圆级石墨烯和六方氮化硼在金属表面的外延生长，但由于生长动力学的巨大差异，这些技术不适用于在绝缘基底上生长TMD。因此，尽管付出了巨大的努力，但尚未实现在绝缘基板上直接生长晶圆级单晶TMD。

有鉴于此，北京大学刘开辉教授、韩国基础科学院丁峰教授、复旦大学吴施伟教授和北京理工大学赵芸副教授等人，首次报道实现了两英寸晶圆级单晶WS₂薄膜的外延生长合成。

本文要点

1）深入的表征和理论计算表明，外延是由双耦合导向机制驱动的，其中蓝宝石平面-WS₂ 相互作用导致 WS₂ 晶体的两个优选的反平行取向，而蓝宝石台阶边缘-WS₂ 相互作用破坏了对称性的反平行方向。这两种相互作用导致几乎所有 WS₂ 岛的单向对齐排列。

2）通过多尺度表征技术说明了 WS₂ 岛的单向对齐和无缝拼接；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，与剥离法制备的 WS₂ 薄片相当。

3）这种双耦合引导生长机制原则上也应适用于在绝缘体上生长其他单晶TMD材料。

总之，该工作为促进绝缘体上生长各种二维材料的晶圆级单晶提供了新的思路，为集成器件的应用铺平了道路。

参考文献：

Wang, J., Xu, X., Cheng, T. et al. Dual-coupling-guided epitaxial growth of wafer-scale single-crystal WS2 monolayer on vicinal a-plane sapphire. Nat. Nanotechnol. (2021).

DOI: 10.1038/s41565-021-01004-0

https://doi.org/10.1038/s41565-021-01004-0