盡管付出了巨大的努力，創(chuàng)造足夠大的二維材料用于電子領(lǐng)域仍然是一項挑戰(zhàn)，但現(xiàn)在，賓夕法尼亞州立大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)了一種提高一類二維材料質(zhì)量的方法，未來有望實現(xiàn)晶片規(guī)模的增長。

自從康斯坦丁·諾沃塞洛夫(KonstantinNovoselov)和安德烈·海姆(AndreGeim)用簡單的膠帶從大塊石墨烯上剝離出一層碳原子后，具有不同尋常性能的二維材料。盡管對這些石墨烯的小碎片已經(jīng)進行了大量科學(xué)研究，但工業(yè)規(guī)模的石墨烯層很難生長。

在為下一代電子產(chǎn)品設(shè)想的材料中，一組名為過渡金屬雙鹵代烷的半導(dǎo)體處于前沿。TMDs只有幾個原子厚，但在發(fā)光方面非常有效，這使它們成為光電器件(如發(fā)光二極管、光電探測器或單光子發(fā)射器)的候選材料。賓州州立大學(xué)材料科學(xué)與電子學(xué)教授、美國國家科學(xué)基金會材料創(chuàng)新平臺2d晶體聯(lián)盟(PennState's2dcrystalConsortium)主任瓊·雷丁(JoanRedwing)說：

我們的最終目標(biāo)是用二烯化鎢或二硫化鉬薄片制作單層薄膜，然后用化學(xué)氣相沉積法沉積它們，這樣就能在整個晶圓上形成完美的單晶層，問題來自于原子在標(biāo)準(zhǔn)基底(如藍寶石)上沉積時的組織方式。

由于晶體結(jié)構(gòu)的TMDs，形成三角形，因為開始蔓延到整個襯底。三角形可以朝向相反的方向，概率相等。當(dāng)它們碰撞并融合在一起形成一個連續(xù)的薄片時，它們形成的邊界就像一個巨大缺陷，大大降低了晶體的電子和光學(xué)特性。當(dāng)載流子，如電子或空穴，遇到這種被稱為反轉(zhuǎn)域邊界的缺陷時，它們就會散射，這一直是TMD增長的一個經(jīng)典問題。

在發(fā)表在《ACSNano》和《PhysicalReviewB》上的研究中，賓夕法尼亞州立大學(xué)材料科學(xué)與工程、物理、化學(xué)和工程科學(xué)與力學(xué)部門的研究人員表明，如果TMDs生長在六邊形氮化硼表面，85%或更多的TMDs將指向同一個方向。

物理、材料科學(xué)、工程和化學(xué)的杰出教授VinCrespi和他的團隊進行了模擬來解釋為什么會發(fā)生這種情況。他們發(fā)現(xiàn)，六方氮化硼表面缺硼或缺氮原子的空位可以困住金屬原子鎢或鉬，并使三角形定向到一個更合適的方向。與生長在藍寶石上的二維TMDs相比，改進后的材料具有更高的光致發(fā)光發(fā)射能力和更高電子遷移率。Redwing說：我們的下一步是開發(fā)一種在晶圓片上生長六方氮化硼的工藝。這就是我們現(xiàn)在正在做的，控制缺陷和在大的表面上生長單晶層是很困難，許多組織都在研究這個問題。