通过CVD的方法在不同的基地上合成了单层MoS2原子薄膜。选择三种不同的基地来合成，将SiO2作为非晶衬底，Al2O3或GaN作为六方晶系衬底。发现Al2O3的晶格常数不能和MoS2很好的匹配，而GaN的晶格常数可以和MoS2很好的匹配。研究了在三个不同的基地上单层MoS2原子薄膜畴的取向性质并且发现在晶格匹配的GaN基地上合成的MoS2畴相比于在SiO2或Al2O3基底上可以更好的线性排列。此研究为合成大尺寸、单层和单畴的MoS2原子膜提供了一种有效的路径。
通过CVD方法在不同的基地上对MoS2进行大面积生长
拉曼光谱的测试采用商用的显微拉曼设备（XperRam），包括一个泵浦固体激光器（波长为532nm），拉曼系统还配备一个激光扫描系统，其空间分辨率为20nm。物镜（Olympus, MPLFLN 40X, NA=0.75）被用于聚焦激光，点的尺寸大约为1um。每个光谱的曝光时间为500ms，入射激光功率为2mW。拉曼光谱已经被广泛用于研究二维材料的振动特性并且定量确定他们的厚度。
图1显示了通过CVD的方法在SiO2衬底上合成了单层单畴四方三形状的MoS2薄膜一个区域的拉曼光谱成像。此三方MoS2薄膜的尺寸为~30um。MoS2薄膜的拉曼光谱通过两个主峰进行表征。一个被指认为E_2g^1模式（对应于在x-y层面Mo和S原子的振动模式），一个被指认为A_1g模式（对应于单胞中z轴方向两个S原子的振动模式）。峰的精确位置对应于E_2g^1和A_1g的振动模式，并且强度的比值依赖于MoS2样品层的厚度。从图1（a）和（b）拉曼光谱频率图像中可知，E_2g^1和A_1g峰的位置分别位于384cm-1和405cm-1。这些峰确定了合成的三方薄膜确是MoS2原子薄膜。值得注意的是两个峰的频率差为21cm-1，表明三方MoS2薄膜是单层的MoS2的原子薄膜。图1（c）和（d）显示在384cm-1（E_2g^1）和405cm-1（A_1g峰）处得到了拉曼光谱强度成像。
这些成像在这两个特定频率上有均匀的强度。这意味着MoS2薄膜有均匀的厚度因为当MoS2的厚度改变时峰的位置将会改变就是不均匀的。也观察到MoS2三方薄膜的近中心区域有一些缺陷，即这里也没有MoS2信号。这也可能为在这些缺陷区域有MoS2组成的成核。图1得到了在一个非晶的SiO2衬底上合成了MoS2薄膜的拉曼光谱成像。也在不同衬底上合成了MoS2薄膜：Al2O3和GaN且它们都是六方结构的单晶。使用CVD方法在石英管中合成MoS2的过程中，汽化的Mo和S进行结合并且沉积在基底上，因此结晶度、原子结构和基底的晶格常数都是很重要的因子。Al2O3和GaN都具有六方原子结构，其和MoS2的六方结构很相似。如果基底的晶格常数可MoS2的晶格常数很好的匹配，然后MoS2的单畴可能倾向于少于晶界的方向直线排列。Al2O3和GaN的晶格常数分别为4.76Å和3.18Å，并且和MoS2薄膜的晶格常数3.17Å做比较。因此，Al2O3的晶格常数和MoS2的不匹配，然而却可以和GaN相匹配。
图1. （a）和（b）得到了在SiO2基底上合成MoS2薄膜的拉曼光谱频率成像图，表明E_2g^1和A_1g峰分别在384cm-1和405cm-1处；（c）和（d）在特定频率下的拉曼强度图谱
图2（a）-（c）显示了在SiO2，Al2O3和GaN基地上分别和成的MoS2。左边的图为光学成像图右边的图为相关三方MoS2单膜的角取向图。为了方便，用红色点虚线三角形框内来分析光学图中的MoS2畴的方向。图2（a）表明其角度没有偏向，右边的点图显示MoS2三方薄膜方向角相当的随机分布，在MoS2薄膜上这种随机的分布是因为非晶SiO2基底没有晶体结构，汽化的Mo和S没有很好的生长环境。在Al2O3基底上作为一个晶格常数为4.76Å的六方晶体也不能和MoS2很好的匹配，MoS2薄膜的畴有一个60º的角度偏向排列，但是排列并不好。由于Al2O3的六方晶体结构，Mo和S可以更好的沉积在特定的点上。然而，由于晶格常数的差异导致了晶格应力的变化，MoS2的畴不是线性的。相反，GaN基底作为一个具有3.18Å晶格常数的六方晶体可以很好的和MoS2薄膜相匹配，MoS2薄膜的畴沿60º方向排列明显，这是因为不仅仅是只有Mo和S可以沉积在六方原子结构特定的点上，而且晶格匹配合成条件可以减弱MoS2的晶格应力。并且，在合成过程中，晶格匹配的GaN可以控制面缺陷的形成。
图2. MoS2畴左边的光谱图像和右边的相关角度分析点图在基底（a）SiO2，（b）Al2O3和（c）GaN上；左边图谱的出去谱图显示了畴方向的参考，右边显示了单个MoS2畴的相关方向
相关文献：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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