通過CVD的方法在不同的基地上合成了單層MoS2原子薄膜。選擇三種不同的基地來合成，將SiO2作為(wei) 非晶襯底，Al2O3或GaN作為(wei) 六方晶係襯底。發現Al2O3的晶格常數不能和MoS2很好的匹配，而GaN的晶格常數可以和MoS2很好的匹配。研究了在三個(ge) 不同的基地上單層MoS2原子薄膜疇的取向性質並且發現在晶格匹配的GaN基地上合成的MoS2疇相比於(yu) 在SiO2或Al2O3基底上可以更好的線性排列。此研究為(wei) 合成大尺寸、單層和單疇的MoS2原子膜提供了一種有效的路徑。
通過CVD方法在不同的基地上對MoS2進行大麵積生長
拉曼光譜的測試采用商用的顯微拉曼設備（XperRam），包括一個(ge) 泵浦固體(ti) 激光器（波長為(wei) 532nm），拉曼係統還配備一個(ge) 激光掃描係統，其空間分辨率為(wei) 20nm。物鏡（Olympus, MPLFLN 40X, NA=0.75）被用於(yu) 聚焦激光，點的尺寸大約為(wei) 1um。每個(ge) 光譜的曝光時間為(wei) 500ms，入射激光功率為(wei) 2mW。拉曼光譜已經被廣泛用於(yu) 研究二維材料的振動特性並且定量確定他們(men) 的厚度。
圖1顯示了通過CVD的方法在SiO2襯底上合成了單層單疇四方三形狀的MoS2薄膜一個(ge) 區域的拉曼光譜成像。此三方MoS2薄膜的尺寸為(wei) ~30um。MoS2薄膜的拉曼光譜通過兩(liang) 個(ge) 主峰進行表征。一個(ge) 被指認為(wei) E_2g^1模式（對應於(yu) 在x-y層麵Mo和S原子的振動模式），一個(ge) 被指認為(wei) A_1g模式（對應於(yu) 單胞中z軸方向兩(liang) 個(ge) S原子的振動模式）。峰的精確位置對應於(yu) E_2g^1和A_1g的振動模式，並且強度的比值依賴於(yu) MoS2樣品層的厚度。從(cong) 圖1（a）和（b）拉曼光譜頻率圖像中可知，E_2g^1和A_1g峰的位置分別位於(yu) 384cm-1和405cm-1。這些峰確定了合成的三方薄膜確是MoS2原子薄膜。值得注意的是兩(liang) 個(ge) 峰的頻率差為(wei) 21cm-1，表明三方MoS2薄膜是單層的MoS2的原子薄膜。圖1（c）和（d）顯示在384cm-1（E_2g^1）和405cm-1（A_1g峰）處得到了拉曼光譜強度成像。
這些成像在這兩(liang) 個(ge) 特定頻率上有均勻的強度。這意味著MoS2薄膜有均勻的厚度因為(wei) 當MoS2的厚度改變時峰的位置將會(hui) 改變就是不均勻的。也觀察到MoS2三方薄膜的近中心區域有一些缺陷，即這裏也沒有MoS2信號。這也可能為(wei) 在這些缺陷區域有MoS2組成的成核。圖1得到了在一個(ge) 非晶的SiO2襯底上合成了MoS2薄膜的拉曼光譜成像。也在不同襯底上合成了MoS2薄膜：Al2O3和GaN且它們(men) 都是六方結構的單晶。使用CVD方法在石英管中合成MoS2的過程中，汽化的Mo和S進行結合並且沉積在基底上，因此結晶度、原子結構和基底的晶格常數都是很重要的因子。Al2O3和GaN都具有六方原子結構，其和MoS2的六方結構很相似。如果基底的晶格常數可MoS2的晶格常數很好的匹配，然後MoS2的單疇可能傾(qing) 向於(yu) 少於(yu) 晶界的方向直線排列。Al2O3和GaN的晶格常數分別為(wei) 4.76Å和3.18Å，並且和MoS2薄膜的晶格常數3.17Å做比較。因此，Al2O3的晶格常數和MoS2的不匹配，然而卻可以和GaN相匹配。
圖1. （a）和（b）得到了在SiO2基底上合成MoS2薄膜的拉曼光譜頻率成像圖，表明E_2g^1和A_1g峰分別在384cm-1和405cm-1處；（c）和（d）在特定頻率下的拉曼強度圖譜
圖2（a）-（c）顯示了在SiO2，Al2O3和GaN基地上分別和成的MoS2。左邊的圖為(wei) 光學成像圖右邊的圖為(wei) 相關(guan) 三方MoS2單膜的角取向圖。為(wei) 了方便，用紅色點虛線三角形框內(nei) 來分析光學圖中的MoS2疇的方向。圖2（a）表明其角度沒有偏向，右邊的點圖顯示MoS2三方薄膜方向角相當的隨機分布，在MoS2薄膜上這種隨機的分布是因為(wei) 非晶SiO2基底沒有晶體(ti) 結構，汽化的Mo和S沒有很好的生長環境。在Al2O3基底上作為(wei) 一個(ge) 晶格常數為(wei) 4.76Å的六方晶體(ti) 也不能和MoS2很好的匹配，MoS2薄膜的疇有一個(ge) 60º的角度偏向排列，但是排列並不好。由於(yu) Al2O3的六方晶體(ti) 結構，Mo和S可以更好的沉積在特定的點上。然而，由於(yu) 晶格常數的差異導致了晶格應力的變化，MoS2的疇不是線性的。相反，GaN基底作為(wei) 一個(ge) 具有3.18Å晶格常數的六方晶體(ti) 可以很好的和MoS2薄膜相匹配，MoS2薄膜的疇沿60º方向排列明顯，這是因為(wei) 不僅(jin) 僅(jin) 是隻有Mo和S可以沉積在六方原子結構特定的點上，而且晶格匹配合成條件可以減弱MoS2的晶格應力。並且，在合成過程中，晶格匹配的GaN可以控製麵缺陷的形成。
圖2. MoS2疇左邊的光譜圖像和右邊的相關(guan) 角度分析點圖在基底（a）SiO2，（b）Al2O3和（c）GaN上；左邊圖譜的出去譜圖顯示了疇方向的參考，右邊顯示了單個(ge) MoS2疇的相關(guan) 方向
相關(guan) 文獻：Woanseo Park, Hyung Joon Kim, etc. Domain Aligned Growth of Molybdenum Disulfide on Various substrates by Chemical Vapor Deposition[J]. Science of Advanced Materials, 2016, 8: 1683-1687.
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