原位化学气相沉积法制备WS2 -MoS2 横向异质结及其合金化界面的强光致发光增强与高开关比场效应晶体管研究

研究人员针对二维过渡金属二硫化物（TMDs）横向异质结（HS）原位生长难题，通过单步化学气相沉积（CVD）成功制备了WS2 -MoS2 横向异质结，其合金化界面实现光致发光（PL）强度提升一个数量级，并展现出108 超高开关比的场效应晶体管性能，为下一代光电器件集成提供了新策略。

　　

二维过渡金属二硫化物（TMDs）因其独特的电学和光学性质，成为纳米电子学和光电子学领域的研究热点。然而，传统异质结制备方法面临界面污染、晶格失配等问题，严重制约器件性能。尤其对于横向异质结（Lateral Heterostructure, HS），如何实现原位生长并调控界面特性，一直是领域内亟待突破的瓶颈。针对这一挑战，某研究团队在《Materials Today Nano》发表的研究成果，通过创新性单步化学气相沉积（CVD）技术，成功制备出具有合金化界面的WS₂
-MoS₂
横向异质结，不仅解决了界面质量问题，更发现了界面增强的光电性能。

研究团队采用双温区CVD系统，通过精确调控WO₃
和MoO₃
前驱体比例与生长温度，实现WS₂
与MoS₂
的共蒸发。结合空间分辨拉曼光谱、光致发光（PL）映射和俄歇电子能谱（Auger）分析，揭示了从纯WS₂
到MoS₂
的梯度过渡界面，其组分可通过生长参数调控。

In-situ growth of WS₂
-MoS₂
lateral heterostructure
通过优化前驱体空间排布与载气流量，实现了双层（2L）HS的可控制备。区别于传统两步法，单步CVD避免了转移污染，形成扩散型合金界面（WS_(1-x)
Mo_x
S₂
），其宽度与组分可通过前驱体配比精确调控。

Raman and PL analysis
拉曼光谱显示HS界面处E¹
_2g
和A_1g
峰位偏移，证实应变存在。PL映射发现界面区域强度增强10倍以上，归因于应变诱导的能带结构修饰。俄歇谱进一步验证了W/Mo元素的梯度分布。

Conclusions
该研究开创的单步CVD法为TMDs横向异质结的原位生长提供了新范式。合金化界面不仅实现PL的显著增强，更使场效应晶体管获得10⁸
的超高开关比，较单一材料提升两个数量级。这种界面工程策略可拓展至其他TMDs体系，为高性能纳米光电器件和集成电路的发展奠定基础。

研究由A.K.M.主导完成，S.D.、L.V.等合作者分别参与数据分析和表征工作，P.K.G.教授团队提供项目指导。成果获得印度电子信息技术部（MEITY）和科学与工程研究委员会（SERB）的基金支持。