对原子级薄的二维(2D)过渡金属二硫族化物(TMD)和它们的生长衬底之间的相互作用的机理理解对于实现晶核的单向排列和2D TMD畴的无缝拼接以及由此的2D晶圆至关重要。

近日，蔚山科学技术院Pai Li，中国科学院上海微系统与信息技术研究所于广辉研究员，香港大学谢茂海教授，浙江大学金传洪教授进行了截面扫描透射电子显微镜(STEM)研究，以探讨原子尺度的成核和早期生长行为的化学气相沉积单层(ML-) MoS₂和分子束外延ML-MoSe₂在金(111)衬底上。

文章要点

1）统计分析显示，大多数生长态畴(即88%的MoS₂和90%的MoSe₂)在表面台阶上成核，其余（即12%的MoS2和10%的MoSe₂）在表面台阶上成核。此外，在后一种情况下，与台阶相关的成核，其中64%终止于与金表面台阶相关的Mo-之字形边缘，其余(∼36%)为S-之字形边缘。

2）研究人员结合第一性原理密度泛函理论（DFT）计算，证实了范德华外延，而不是表面台阶引导外延，对在Au(111)衬底上实现单向ML-MoS₂ (MoSe₂)畴起决定性作用。相反，表面台阶，尤其是它们的台阶高度，主要决定了MoS_2/MoSe₂膜的完整性和厚度。详细地说，研究人员发现单层厚MoS₂/MoSe₂畴的横向生长仅在单Au原子高表面台阶(∼2.4 Å)上进行，但在生长过程中对于更高的台阶（bi-Au原子台阶和更高）则失败。

3）此外，横截面STEM研究还证实了相当大的压缩残余应变的存在，对于Au(111)上的ML-MoS₂/MoSe₂畴，该残余应变达到3.0%。

本研究旨在了解2D TMD晶圆的生长机制。

参考文献

Degong Ding, et al, Atomistic Insight into the Epitaxial Growth Mechanism of Single-Crystal Two-Dimensional Transition-Metal Dichalcogenides on Au(111) Substrate, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c08188

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c08188