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南京大学王欣然教授、李涛涛副教授，东南大学王金兰教授等人在《Science》上发表了题为“Kinetic acceleration of MoS₂ growth by oxy-metal-organic chemical vapor deposition”的研究论文。该研究针对传统金属有机化学气相沉积（MOCVD）制备二维MoS₂时存在的生长动力学缓慢、晶粒尺寸小及碳杂质污染等关键问题，创新性地提出了氧辅助MOCVD（oxy-MOCVD）技术。该技术通过在Mo(CO)₆与CS₂前驱体中引入氧气，将反应路径重构为生成高纯度MoO₃与单质硫的路径，从而显著降低了反应能垒，加速了生长动力学。实验结果表明，该方法在蓝宝石衬底上成功制备出单向排列的MoS₂晶畴，尺寸可达数百微米，生长速率较传统方法提升2-3个数量级，且完全消除了碳杂质。材料表现出优异的光学质量与极高的电学性能，其场效应晶体管平均迁移率超过100 cm²·V^-1·s^-1，开关比达10⁸–10⁹。研究进一步展示了该技术在150毫米晶圆尺度上的扩展能力，制备的MoS₂薄膜在厚度、发光及结晶取向方面均表现出出色的均匀性，验证了其面向产业化应用的巨大潜力。这项工作不仅提供了一种高性能二维半导体的制备方案，更展示了一种通过调控前驱体化学反应动力学来实现材料高质量外延的新范式。

图1. 二硫化钼通过oxy-MOCVD和常规MOCVD的生长动力学

图2. 通过oxy-MOCVD和常规MOCVD生长的二硫化钼

图3. 电学性能评估

图4. 6英寸单晶二硫化钼晶圆的均匀性表征

总之，研发的氧辅助金属有机化学气相沉积技术，成功实现了150毫米高质量单晶二硫化钼晶圆的制备。通过深入分析生长动力学机制，并在金属有机前驱体预反应中引入氧气，该技术获得了定向排列、无碳污染的二硫化钼材料，其电学性能表现卓越，远超传统金属有机化学气相沉积技术的局限。这项工作不仅揭示了生长动力学的关键作用，更为二维半导体的工业化规模生产奠定了技术突破性基础。

Lei Liu, Yushu Wang, Ruikang Dong, Dongxu Fan, Si Meng, Lang Wu, Shengqiang Wu, Wei Xu, Mingwei Feng, Ningmu Zou, Qingyu Yan, Zehua Hu, Fei Lu, Shitong Zhu, Yuan Gao, Liang Ma, Yi Shi, Taotao Li*, Jinlan Wang*, Xinran Wang* ,Kinetic acceleration of MoS₂ growth by oxy-metal-organic chemical vapor deposition, Science, 

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aec7259