薄膜生长作为热力学与动力学共同作用的非平衡过程，其成核、畴区演化及最终质量高度依赖于生长动力学。对于原子级厚度的过渡金属硫族化合物，如MoS2，由于其与衬底之间的范德华力较弱，生长动力学在决定薄膜的成核行为、晶畴演化和最终质量方面扮演着核心角色。传统金属有机化学气相沉积（MOCVD）使用气态金属有机（MO）前驱体，具有前驱体输送精确、大面积均匀性好的巨大优势，是实现工业级规模化生产（如200 mm晶圆）的理想候选技术。然而MOCVD受限于前驱体分解产物的低迁移性、硫源前驱体的高反应能垒和碳副产物等问题，导致晶畴尺寸小、高晶界密度及碳污染等难题，严重制约了材料性能与产业化应用。因此，必须从反应路径设计、前驱体化学等源头出发，深入理解并调控MOCVD中的反应动力学，突破动力学限制，才能实现高质量、大尺寸二维半导体材料的规模化制备。
二、【创新成果】
基于此，苏州实验室王欣然教授、王金兰教授、李涛涛副教授等人在Science上发表了题为“Kinetic acceleration of MoS2 growth by oxy-metal-organic chemical vapor deposition”的论文，首次提出氧辅助MOCVD (oxy-MOCVD) 的概念，通过在反应前引入氧气（O2），将MO前驱体和硫源预先转化为高纯度的金属氧化物和单质硫。实验表明，oxy-MOCVD的平均晶畴面积比MOCVD大5-6个数量级，生长速率快2-3个数量级，且生成的MoS2晶畴在蓝宝石上实现了高度单向排列，具有极低的缺陷密度。此外，该MoS2不含碳杂质，并展现出平均迁移率超过100 cm2/V·s的优异性能。最后，通过生长出150 mm单晶MoS2晶圆，研究人员展示了oxy-MOCVD的可扩展性，证明了其工业级规模生产的可行性。
三、【图文解析】
图1 通过oxy-MOCVD与传统MOCVD生长MoS2的动力学研究 ©2026 AAAS
图2 通过oxy-MOCVD与传统MOCVD生长MoS2的样品表征分析 ©2026 AAAS
图3 MoS2的电学性能表征 ©2026 AAAS
图4 六英寸单晶MoS2晶圆的均匀性表征 ©2026 AAAS
四、【科学启迪】
综上，本研究首次揭示并量化了传统MOCVD中二维过渡金属硫族化合物生长的根本动力学限制，从原子层面阐明了高能垒和碳污染的起源。在此基础上开发了oxy-MOCVD，能够合成150 mm高质量单晶MoS2晶圆。通过深入分析生长动力学，并在与MO前驱体的预反应中引入O2，本研究开发的方法成功制备出具有单向排列、无碳污染的MoS2材料，其电学性能达到最优水平，远超越传统MOCVD的技术限制。本研究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实现了技术突破。
原文详情：Kinetic acceleration of MoS2 growth by oxy-metal-organic chemical vapor deposition (Science 2026, 391, 494-498)
本文由大兵哥供稿。
