【复材信息】二维材料生长新方法 登上Nature！！！！

过渡元素二硫化物（TMDs）通过化学气相沉积（CVD）外延生长于晶体基底。但是，这种方法需要将生长后的材料转移到目标基础上，使得厚度控制和可扩展性难以实现。Gwan，首尔大学-Hyoung “Lee团队”提出了一个名字。hypotaxy”（“hypo“意思是往下，”taxy“指排列)的创新方法旨在解决二维过渡元素硫族化合物硫族化合物的传统外延生长问题（TMDs）衬底选择、厚度控制和晶圆级单晶生成的局限性。与现有技术(如蓝宝石上延伸或金衬底模板法)相比，hypotaxy解决了传统方法对单晶衬底的依赖和转移过程的复杂性，结合低温、高均匀性和可扩展性优势，为TMDs在集成电路和异质结器件中的实际应用提供了新的途径。这项研究的结果是“Hypotaxy of wafer-scale single-crystal transition metal dichalcogenides“问题发表在Nature上。

成果创新点

1、打破传统外延的衬底限制

传统的方法依赖于化学气相沉积（CVD）TMDs在单晶衬底(如蓝宝石或黄金)上延伸生长，需要后续转移到目标衬底，造成界面污染和厚度不均匀。hypotaxy直接从非晶格或晶格失配衬底(如SiO2/Si）上生长单晶TMDs，无需转移步骤，显著扩展了衬底兼容性，支持单晶薄膜的晶圆级集成。

2、由石墨烯模板引导的晶体对齐机制

金属薄膜预沉积在石墨烯下面，经过硫化/硒化处理，形成具有相同方向的TMD晶核。去除石墨烯后，晶核合并为单晶薄膜。在这个过程中，石墨烯范德瓦尔斯的相互作用和晶格导向作用完成了跨衬底的晶体一致性，克服了传统外延对衬底晶格匹配的依赖。

3、精确的厚度控制和材料性能优化

该方法可以调节MoS2从单层到数百层的厚度，并且产生的4英尺单晶MoS2表现出高热导率(约120。 W·m-1·K-1)高迁移率(约87) cm2·V-1·s-1)TMDs优于大多数传统CVD生长，接近分子束外延。（MBE）高质量的薄膜水平。

4、适配后端集成低温工艺

在石墨烯上通过氧等离子体制造纳米孔，使MoS2的生长温度降至4000°C，半导体后端工艺（BEOL）适应性，为三维单片集成提供了可能性。

5、普遍性和可扩展性

这种方法成功扩展到MoSe2、WS2、其他TMD材料，如WSe2，显示了高密度忆阻器阵型或神经形态计算器件等多元化电子器件的应用潜力。

图文导读

图1: 延伸生长和hypotaxy延伸生长的机制

图2: hypotaxy外延生长的逐步过程

图3: MoS2 "hypotaxy外延生长中的层数可控性

图4: hypotaxy外延生长4英尺单晶MoS2

图5: 单晶MoS2外延生长的hypotaxy热学和电气特性

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08492-9

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