以过渡金属硫族化合物（TMDC）为代表的二维半导体具有原子级的厚度、独特的能带结构和优异的电学光学性质，在电子、光电子器件领域备受瞩目。使用化学气相沉积法可以制备出大尺寸单晶二维TMDC，但所得材料通常具有数量较多且不均匀分布的晶格缺陷（硫空位），影响了二维TMDC的电学和光学性质。
近日，清华大学的研究团队开发了一种采用“熔化-重凝”的硫单质前驱体（即重凝硫前驱体）的化学气相沉积方法，通过提高硫族元素（硫，硒）供应的稳定性，实现了高质量和高均匀性的TMDC生长。相关研究成果近期以“用于生长高质量二维半导体的重凝硫前驱体”（Resolidified Chalcogen Precursors for High-Quality 2D Semiconductor Growth）为题，发表在《德国应用化学》杂志上。
采用重凝硫前驱体生长二维TMDC
想要减少生长过程中硫空位的形成，优化硫源供给是关键。在传统化学气相沉积法中，硫族元素单质粉末被广泛使用，但在生长过程中易出现硫源供给浓度不均匀、不稳定等问题，最终导致材料在生长过程中产生大量局域分布的硫空位。
而该研究团队开发的硫族前体预熔化和再凝固方法，与传统方法相比所生长出的单层WS2表现出均匀的荧光强度，低温下测得该类样品具有极窄的光致发光峰（13.6 ± 1.9 meV），缺陷峰强度明显低于传统样品，本征发光更强，具有较高的光学和结构质量。
与此同时，研究人员还采用球差校正扫描透射电子显微镜在原子尺度统计了WS2的缺陷密度，结果表明采用重凝硫前驱体生长的单层WS2具有高结晶质量和高均匀性（边缘区域和中间区域缺陷密度相近，约为1×1013cm2），进一步证明了重凝硫前驱体的有效性。
据悉，该方法除了适用于WS2，还可推广到其他二维TMDC的制备中，如MoS2、WSe2和MoSe2。该研究为高质量、高均匀性的二维半导体材料可控制备提供了有效手段，有利于推动二维半导体在电子学及光电子学等方面的应用。
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