MoS₂作为过渡金属硫化物（TMDs），其单层形式具有直接带隙和高载流子迁移率，成为后硅时代电子器件的候选材料。Si/SiO₂衬底因其光学对比度、背栅调控方便及与CMOS工艺兼容，成为MoS₂器件研究的主流平台。然而，SiO₂的非晶表面存在大量悬挂键和表面态，导致MoS₂成核密度高、晶粒尺寸小，且晶界处载流子散射严重。因此，开发Si/SiO₂衬底上MoS₂薄膜的定制化制备工艺，通过准确调控生长参数实现“按需设计”，成为突破性能瓶颈的关键。

定制化制备工艺的设计原则

1.定制化工艺需满足以下层级需求

基础层：控制薄膜层数、连续性及均匀性。

性能层：调控晶粒尺寸、缺陷浓度及应力状态。

功能层：针对具体应用优化性能指标，如晶体管需高迁移率，传感器需高灵敏度。

2. 

二硫化钼薄膜的生长方法

1.化学气相沉积（CVD）法

化学气相沉积法是目前制备 MoS₂薄膜的主要方法之一。其基本原理是利用含钼和硫的前驱体气体在高温下发生化学反应，在 Si/SiO₂衬底表面沉积形成 MoS₂薄膜。在 CVD 过程中，前驱体的选择至关重要。常用的含钼前驱体有三氧化钼（MoO₃）、二茂钼（Mo(C₅H₅)₂）等，含硫前驱体则有硫粉（S）、硫化氢（H₂S）等。

2.分子束外延（MBE）法

分子束外延法是一种高精度的薄膜生长技术，也可用于 Si/SiO₂衬底上 MoS₂薄膜的生长。与 CVD 法相比，MBE 法具有更高的生长温度控制精度和更低的生长环境压力，能够实现原子级精度的薄膜生长。在 MBE 过程中，钼和硫的源材料分别被加热至蒸发，形成分子束，然后在衬底表面沉积形成 MoS₂薄膜。

3.溶液法

溶液法是一种相对简单且成本较低的制备 MoS₂薄膜的方法。其基本原理是将 MoS₂前驱体溶解在适当的溶剂中，通过化学反应在 Si/SiO₂衬底表面形成 MoS₂薄膜。常用的前驱体包括钼酸铵（(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O）和硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）等。

二硫化钼薄膜的性能优化

（一）电学性能优化

1.载流子迁移率提升

通过优化生长参数和掺杂技术，可以提高 MoS₂薄膜的载流子迁移率。例如，通过准确控制生长温度和前驱体流量，可以生长出高质量的单晶 MoS₂薄膜，从而提高载流子迁移率。

2.电导率调节

通过调节 MoS₂薄膜的层数和掺杂元素，可以实现对电导率的准确调控。单层 MoS₂薄膜具有较高的电导率，而多层 MoS₂薄膜的电导率相对较低。通过金属元素掺杂，如钛掺杂，可以进一步提高 MoS₂薄膜的电导率，使其在电子器件中具有更好的性能。

（二）光学性能优化

1.光吸收效率提升

通过优化生长参数和掺杂技术，可以提高 MoS₂薄膜的光吸收效率。例如，通过调节生长温度和前驱体流量，可以生长出高质量的单晶 MoS₂薄膜，从而提高光吸收效率。此外，通过非金属元素掺杂，如氮掺杂，可以改变 MoS₂薄膜的光学带隙，进一步提高光吸收效率。在优化条件下，MoS₂薄膜的光吸收效率可以达到 90%以上，使其在光电器件中具有更好的性能。

2.发光性能调控

通过调节 MoS₂薄膜的层数和掺杂元素，可以实现对发光性能的准确调控。单层 MoS₂薄膜具有较高的发光效率，而多层 MoS₂薄膜的发光效率相对较低。通过非金属元素掺杂，如硼掺杂，可以进一步提高 MoS₂薄膜的发光效率，使其在发光二极管和显示器件中具有更好的性能。

（三）化学稳定性优化

1.耐腐蚀性提升

通过优化生长参数和后处理工艺，可以提高 MoS₂薄膜的耐腐蚀性。例如，通过在生长过程中引入适量的硫空位，可以提高 MoS₂薄膜的化学活性，从而提高其耐腐蚀性。此外，通过后处理工艺，如退火处理，可以修复 MoS₂薄膜中的部分缺陷，进一步提高其耐腐蚀性。在优化条件下，MoS₂薄膜的耐腐蚀性可以提高，使其在化学传感器和生物传感器中具有更好的性能。

2.热稳定性提升

通过优化生长参数和后处理工艺，可以提高 MoS₂薄膜的热稳定性。例如，通过在生长过程中调节生长温度和前驱体流量，可以生长出高质量的单晶 MoS₂薄膜，从而提高其热稳定性。此外，通过后处理工艺，如高温退火处理，可以进一步提高 MoS₂薄膜的热稳定性。在优化条件下，MoS₂薄膜的热稳定性可以提高，使其在高温环境下的应用成为可能。