近日，东南大学物理学院吕俊鹏教授和倪振华教授课题组在二维材料精准制备方面取得重要进展，探明了影响二维过渡金属硫化物生长的关键因素，相关研究成果以“Sulfur-Mastery: Precise Synthesis of 2D Transition Metal Dichalcogenides”为题发表在材料学领域重要刊物Advanced Functional Materials上。
在石墨烯被发现之后，更多的二维材料被研制出来，其中以MoS2、WS2等为代表的过渡金属硫化物引起了国际学术界的高度关注。其本身的半导体性质以及随着层数减薄的由间接带隙转变直接带隙半导体的特性，为人们提供了一种从原子层尺度调控材料物性的手段，极大的丰富了二维材料与器件的内涵。基于二维过渡金属硫化物的新材料、新机理、新方法、新技术、新器件的研究不断取得突破，在电子学、光电子学等信息领域和能量转化、能量存贮等能源领域具有诱人的前景，成为了当今国际上研究的前沿和热点。要实现二维过渡金属硫化物在器件中的实际应用，高质量材料的精准制备是保证器件应用的基础。如何通过低成本的方式对二维过渡金属硫化物实现层数、形貌、尺寸等的全面控制和精准制备，是领域内一直面临的难题。
在本工作中，吕俊鹏教授和倪振华教授课题组系统的研究了CVD制备方法中影响WS2生长的各种因素，研究结果表明，硫元素的供给状态是决定WS2精准制备的关键因素。通过对硫供给速率、供给量和供给时长的控制，可以对WS2的层数、形貌和尺寸实现灵活调控。层数控制上可实现1-4层的可控生长，并验证了层数依赖的场效应迁移率的变化；形貌上可实现等边三角形到六边形的过渡和自由转换，并由此实现了荧光图案化；尺寸上最大可制备约600微米的单层薄膜，基于大面积样品制备了光电探测器阵列。本工作为二维材料精准制备提供了新的思路，有利于促进二维过度金属硫化物在光电器件中的应用。
本文第一作者为东南大学物理学院博士生Amina Zafar，吕俊鹏教授和倪振华教授为共同通讯作者。该工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.201809261