中国科大宋礼教授团队提出了原位晶畴工程的精准合成新方法，克服了传统外延生长中对二维材料本征缺陷构型和分布难以同时控制的局限性，成功实现了单层二硫化钨横向同质结（WS2Lateral Homojunctions）的可控化学气相直接外延生长。相关研究成果以“Growth of Monolayer WS2 Lateral Homojunctions via In Situ Domain Engineering”为题于6月13日发表在国际学术期刊《美国化学会志》上。
二维过渡金属硫化物因其在原子尺度下具备优异的电学特性，是突破传统硅基半导体性能的理想材料之一，然而为了实现复杂的器件应用，原子层厚度低维单元需要具有不同的场效应调制行为。利用纵向范德华力或横向原子成键能够无损集成具有不同特性的二维材料，形成特异的同质结或异质结。其中，二维横向同质结不但具备可调谐的电学特性，还具有独特的原子级洁净的界面，基于二维同质结的各类感存算器件已展现出巨大的性能优势。当前，由于可供选择的原子种类受到严格限制，直接外延生长二维过渡金属硫化物的同质结仍面临巨大挑战。
图1.原子层厚度二维同质结的精准合成示意图及逻辑反相器
研究团队首先通过理论计算和模拟，确定了最优本征缺陷构型，进一步利用两步化学气相沉积法，在晶畴水平上原位调控缺陷结构，最终获得具有特定缺陷结构和分布的二维同质结。分析测试结果表明，此类二维同质结不仅具备不同的电学场效应特性，更重要的是其界面处同时实现了理想的原子晶格匹配和定制的能带结构匹配。基于二维WS2同质结构建的逻辑反相器展现出良好的轨到轨操作特性，其峰值电压增益达到12，动态延迟时间约为135微秒，峰值功耗低至1.3纳瓦。
论文的通讯作者是中国科大宋礼教授、武晓君教授和新加坡南洋理工大学刘政教授，崔其龙博士和寿宏伟博士为共同第一作者。上述研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院先导专项、中国科大基础前沿团队等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c04546。
（国家同步辐射实验室、科研部）
