过渡金属二硫化物（Transition Metal Dichalcogenides, TMD，包含WSe2，WS2，MoSe2，MoS2等）凭借性能优异、带隙可调、相结构多样等优势，在下一代半导体器件中展现出应用前景，有望延续摩尔定律。为了实现功能应用，如何实现材料的可控图案化制备是亟需解决的问题。现有方法通过光刻工艺实现图案化，过程复杂，会引入污染，导致晶体质量欠佳。复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室魏大程课题组长期致力于研究新型场效应晶体管材料、晶体管设计原理以及在化学、生物传感领域的应用。日前，刘云圻院士、魏大程研究员团队报道了一种“自拓展熔盐驱动的图案化晶体生长策略”。
图1 图案化晶体制备及自拓展熔盐驱动晶体生长过程
研究发现，使用熔盐辅助法所得TMD晶体具有多级结构，由顶部的二维晶体与介于晶体和基底之间的中间层组成，揭示了晶体生长过程是由熔融盐铺展驱动的。铺展过程既作为微反应器为化学反应提供局域化介质，避免了传统化学气相沉积法的全局成核，同时又作为液态基底将反应限制于液态熔融盐表面（表面自限反应），保证了高质量单层二维晶体的生长。基于以上发现，团队实现了二维TMD晶体的可控图案化生长。该研究为二维晶体可控制备提供了一种新方法，有助于推动二维晶体在下一代功能电学器件中的应用。
图2 熔盐辅助法所得晶体的飞行时间二次离子质谱及晶体生长示意图
该成果以“Self-Expanding Molten Salt-Driven Growth of Patterned Transition-Metal Dichalcogenide Crystals”为题发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society, 2022, 10.1021/jacs.2c02518）。材料科学系分子材料与器件实验室博士生强丁丁为第一作者；魏大程研究员、刘云圻院士为论文通讯作者。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院先导项目和复旦大学的支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c02518