单层MoS2晶界调控双层MoS2逐层生长中团簇成核机制的研究及其光电应用潜力

本文通过化学气相沉积（CVD）实验与能量景观计算，揭示了单层MoS2晶界（GBs）对双层MoS2团簇成核的调控规律：GBs通过尺寸、边缘类型和位置依赖性作用，在～4??范围内显著影响团堆叠构型（0°与小偏转角最优），为过渡金属二硫属化物（TMDs）的可控生长提供科学依据。

　　

Highlight

通过层状外延策略在玻璃基底上生长不完全覆盖的双层MoS₂，实验表明GBs处MoS₂三角晶粒的取向与相邻晶粒强相关。计算显示：原子排列畸变导致GBs附近（～4??）团簇偏转角增大，但最稳定成核位点仍保持小偏转，与实验结果一致。

CVD生长MoS₂

采用常压CVD法，以硫粉和钼酸钠为前驱体，在玻璃基底上快速生长部分覆盖的双层MoS₂。四英寸石英管双温区炉体设计确保生长可控性，玻璃基底的非晶特性促使MoS₂随机成核形成多晶薄膜。

无GBs的MoS₂分析

玻璃基底上生长的双层MoS₂呈现典型60°（2H）和0°（3R）堆叠。扫描透射电镜（STEM）证实第二层MoS₂优先在单层台阶边缘成核，其取向受底层晶格严格调控。

结论

结合TEM/STEM表征与能量计算，阐明GBs通过局部原子畸变调控MoS₂团簇成核偏转角（0°和60°为主），提出可从上层MoS₂取向反推底层晶格排列的预测模型，为TMDs精准合成奠定基础。