麥姆斯咨詢獲悉，近日，東南大學物理學院王金蘭教授團隊與南京大學/蘇州實驗室王欣然教授團隊協同攻關，于2026年1月30日在國際頂級學術期刊《Science》在線發表重磅研究成果：《氧氣輔助實現過渡金屬硫化物生長的動力學調控》。
研究團隊創新提出氧輔助調控金屬有機化學氣相沉積（oxy-MOCVD）反應動力學路徑的生長策略，成功攻克6英寸（150毫米）過渡金屬硫化物二維半導體單晶量產核心技術，徹底解決傳統工藝碳污染、晶疇尺寸小、性能不足等關鍵難題，為這種新型材料從實驗室走向規模化產業應用鋪平了道路，標志著我國在該領域躋身國際領先行列。
作為延續“摩爾定律”的核心候選材料，二硫化鉬（MoS?）等過渡金屬硫化物二維半導體憑借原子級厚度、高遷移率、低功耗等獨特優勢，在集成電路、柔性電子、高端傳感器等領域具有廣闊應用前景，是破解當前芯片技術瓶頸的重要方向。但長期以來，其產業化進程受困于“量產悖論”：實驗室常用的化學氣相沉積（CVD）技術能制備高質量單晶，卻存在尺寸小、均勻性差、可重復性低等問題，無法滿足工業生產需求；傳統MOCVD技術雖具備規模化生產潛力，卻因反應動力學限制，易生成缺陷多、電子遷移率低的多晶材料，難以適配高端電子器件要求。大尺寸、高品質二維半導體單晶的量產技術，成為制約行業發展的核心瓶頸。
面對這一“卡脖子”難題，王金蘭教授團隊率先從理論層面破局。通過第一性原理計算模擬，團隊發現傳統MOCVD工藝中，前驅體Mo(CO)?的硫化反應能壘高達2.02 eV，不僅嚴重限制生長速率，導致晶疇尺寸僅能達納米級，還易引入碳污染。關鍵突破來自“加氧氣”的創新思路——團隊研究發現，通入氧氣后，反應路徑發生根本性重構：Mo(CO)?和CS?與氧氣預反應生成三氧化鉬（MoO?）和單質硫活性中間體，不僅將反應能壘從2.02 eV降至1.15 eV，使前驅物反應速率提升約3個數量級，還從根源上抑制含碳中間體形成，徹底解決了碳污染問題。
傳統MOCVD和oxy-MOCVD生長MoS?的（a）動力學過程及其（b-e）表征和電學性質。
在理論支撐下，聯合團隊將這一核心思想轉化為可產業化的技術方案，創新設計預反應腔結構，實現氧氣與前驅體的精準混合與預氧化，實現“無碳生長”機制。實驗結果顯示，該技術使二硫化鉬晶疇尺寸從百納米級躍升至數百微米（最大達260 μm），并實現有序排列；基于該材料制備的場效應晶體管陣列，最高電子遷移率達123 cm2·V?1·s?1，較傳統技術提升10倍以上，開關比達10?，性能指標完全滿足工業應用要求。尤為關鍵的是，6英寸的制備規模精準匹配當前半導體產業生產線標準，為后續技術轉化奠定了堅實基礎。
此次成果是東南大學跨單位、跨學科協同創新的典范。東南大學博士畢業生、現蘇州實驗室博士后董瑞康為論文共同第一作者，王金蘭教授為共同通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金創新研究群體、重點項目等專項資助。這項技術突破不僅驗證了“動力學調控提升材料質量”的理論構想，更為我國集成電路產業突破技術瓶頸、保障產業鏈供應鏈安全提供了重要支撐。
DOI: 10.1126/science.aec7259
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