南京大学郝玉峰，南京航空航天大学殷俊发表了题为“Orientation-Controlled van der Waals Epitaxy of MoSe2 Monolayers on Graphene by MOCVD”的工作于ACS Applied Materials & Interfaces期刊上。
本文系统研究了以石墨烯/蓝宝石为衬底，通过MOCVD技术生长单层MoSe₂的范德华外延行为。研究发现：石墨烯有效屏蔽了蓝宝石衬底的表面粗糙度和台阶束影响；MoSe₂畴区在石墨烯上呈现高度取向的等边三角形（仅0°和60°两种取向）；生长参数（温度、压力、前驱体流量）可大范围调控畴区尺寸、成核密度及生长速率；界面摩擦力测量证实MoSe₂/石墨烯间存在超润滑弱相互作用（~11.76 nN）。该工作为二维半导体高质量外延提供了理想的范德华衬底解决方案。
研究背景
传统衬底（SiO₂、蓝宝石等）存在表面粗糙度、悬空键和台阶束，导致TMDC（如MoSe₂）生长时：畴区形状多样（三角形→六边形），取向随机（多晶薄膜），电学性能波动大（迁移率差异达百倍）。利用石墨烯的原子级平整表面和弱范德华相互作用，实现不受晶格失配限制（33.7%）的高质量外延。
研究思路
将CVD石墨烯转移至不同晶向的蓝宝石（a面、C/M 0.2°、C/A 0.2°）。系统改变温度（700–1000°C）、压力（100–800 mbar）、前驱体流量（Mo(CO)₆/H₂Se）。形貌/取向表征（SEM/AFM/TEM），界面作用力测量（扫描探针摩擦力测试）。
创新点
- 石墨烯的屏蔽效应：MoSe₂在石墨烯/蓝宝石上仅显示0°/60°取向，而在裸蓝宝石上取向随机。AFM显示畴区跨越蓝宝石台阶时生长不受干扰。
- 宽参数窗口可控生长：低压（100 mbar）层覆盖率19%，高压（800 mbar）降至1%。石墨烯上成核密度始终低于蓝宝石（900°C时：2.3 vs 3.2 μm⁻²）。
- 所有温度下畴区均为等边三角形。
- 超润滑界面作用：MoSe₂/石墨烯：11.76 nN，满足超润滑条件；MoSe₂/蓝宝石：>60 nN且无法推动畴区。
- 连续膜生长瓶颈突破方向：发现石墨烯褶皱和边界阻碍畴区合并，提出需采用无褶皱单晶石墨烯衬底。
结论
石墨烯是理想的范德华外延衬底，可实现取向单一、形状规则的MoSe₂单层生长。生长参数窗口宽（温度±300°C、压力±700 mbar），利于工业化放大。弱界面作用（超润滑）确保低缺陷密度，为高性能电子器件奠定基础。该策略可扩展至其他二维材料（如h-BN），推动晶圆级二维半导体制备。
文献：https://doi.org/10.1021/acsami.5c05035
本文来自FE图南工作室，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
