过渡金属硫族化合物电子器件研究文献综述

文 献 综 述

前言：

石墨烯的卓越特性重新引起无机二维材料研究热潮。过渡金属硫化物（TMDCs）是石墨烯之外最受关注的一类二维材料。过渡金属硫化物是面内具有强的相互作用，面外弱的相互作用能够让其机械剥离成单个原子层厚度的单层样品。尽管过渡金属硫化物已经被研究几十年，最近在纳米尺度材料特性和器件制备的进展已经打开新的机遇，薄层二维过渡金属硫化物在纳米电学和光电学方面都有了新的进展。

过渡金属硫化物如二硫化钼（MoS₂），二硒化钼（MoSe₂），二硫化钨（WS₂）和二硒化钨（WSe₂）都有相当大的带隙宽度且可从间接带隙转变成单层的直接带隙，所以可以用于晶体管，光探测器和光电器件。在电学系统中，对高性能，低功耗的需求是推动器件使用新材料的最大动力。二维过渡金属硫化物具有低静态功耗，高开关比，高迁移率的优良特性，二维的晶体结构可以有效缓解随器件尺寸减小带来的短沟道效应。本文综述了过渡金属硫化物的发展历史，原子级薄层的制备方法，它们的电学和光学特性，以及未来在电子和光电领域的发展预测。

关键词 过渡金属硫化物，二维材料，晶体管，器件，光电特性

• 1. 过渡金属硫化物概述

过渡金属硫化物是一类分子式MX₂的材料，M代表Ⅳ族（Ti，Zr，Hf等），Ⅴ族（V，Nb，Ta）或者Ⅵ族（Mo，W等）过渡金属元素，X是硫族元素（S，Se或者Te）。这些材料形成X-M-X形式的分层结构，两个六角形平面中的硫属元素原子被金属原子平面隔开，如图1a所示^[1]。如图1b所示，相邻的层被弱结合在一起形成各种多晶型的块状晶体，因为金属原子的配位协调导致堆垛顺序不同。过渡金属硫化物的整体对称性是六角形或菱形的，金属原子具有八面体或三棱形的配位。过渡金属硫化物的电学特性有金属和半导体性质。过渡金属硫化物还表现出异常的特性，如电荷密度波和超导电性^[6-8]。

图一 a图为MX₂结构图；b图为堆垛顺序不同的相结构

过渡金属硫化物的层依赖特性近来引起了很大的关注。例如，在几个半导体过渡金属硫化物半导体材料中，存在从块体的间接带隙到单层的直接间隙的转变：对于二硫化钼，从体材料为1.3eV的间接带隙增加到单层的1.8eV的直接带隙^[9]。直接带隙也导致单层二硫化钼的光致发光，为许多光电子应用提供了可能性^[9]。二硫化钼的电子结构也使能谷极化，这在双层二硫化钼中没有看到^[10-12]。一般来说，二维材料中有许多有趣的与层相关的性质，包括石墨烯和过渡金属硫化物，它们与块体材料的性质大不相同。

1.2 二维过渡金属硫化物的制备

可靠地生产具有均匀原子级薄层二维过渡金属硫化物对于将其新的电子和光学特性转化为应用至关重要。 在这里我们综述了存在的方法，块体材料从上而下的剥离方法和从下而上的合成方法，并评估他们的相对优点。

1.2.1 从上而下

过渡金属硫化物的原子级薄片可以通过使用粘合胶带的微机械解理从其母体晶体上剥离^[2,13-19]，将胶带贴附在基片上^[20-21]，使用与石墨烯相同的技术通过光干涉进行光学鉴定。图1c显示了二硫化钼的块状晶体，图1d，e显示了由微机械裂解产生的二硫化钼的单层薄片。其他层状材料如氮化硼^[2,5,13]和氧化物纳米片^[3,22]也可以通过这种方法机械剥离成单片。机械解理产生单晶片具有高纯度和高洁净度，适用于基本特性表征^[14-17]和制造独立单个器件^{[4,15,16,18,19,23]}。然而，这种方法不可扩展，并且薄膜的尺寸和厚度不可控。最近，聚焦的激光点已经被用于通过具有微米尺度分辨率的热消融将硫化钼减薄到单层厚度，但是对激光光栅扫描放大有一定的挑战。

图二 a图为二硫化钼块状晶体；b，c图为单层硫化钼的的光学成像

为了获得大量的剥离的纳米片，过渡金属硫化物的液相制备是非常有前景的。它们允许通过简单混合不同材料的分散体^[24]，以及通过过滤，喷墨印刷，喷涂和刮刀涂覆的薄膜和涂层而允许额外的应用如复合材料和混合物。 由于基于溶液的石墨烯已被用于制造电流增益截止频率为2.2 GHz^[25]的高频柔性电子器件，我们预测基于解决方案的过渡金属硫化物在制造柔性电子器件和复合材料方面也具有相似的良好前景材料。

过渡金属硫化物通过离子物质^[26-27]的嵌入允许层在液体中剥离。20世纪70年代首次证明了插层方法，随后在20世纪80年代由Morrison，Frindt及其同事将其剥落成薄层^[26]，而且这些方法今天正在重新引起人们的兴趣。20世纪70年代，锂电池的嵌入作用得到了证实，插层驱动的剥离首先由Morrison，Frindt和同事们推进^[26]。典型的方法包括将块体过渡金属硫化物粉末浸没在含锂化合物如正丁基锂的溶液中超过一天以允许锂离子嵌入，随后将插入的材料暴露于水。水与层间的锂剧烈反应产生氢气，氢气迅速分离各层^[26]。图2b展示了来源于锂基嵌入和剥离的溶液相二硫化钼薄片。

图三 锂插层法制备单层硫化钼

1.2.2 自下而上

开发合成大面积，均匀单层的方法是诸如晶圆级制造电子器件和柔性透明光电子应用的重要步骤。正如之前对石墨烯的研究所证实的那样，通过金属衬底上的化学气相沉积（CVD）和碳化硅衬底上外延生长的晶圆级合成方法的发展已经使得大规模的器件制造成为可能^[28]。

近来已经报道了用于在绝缘衬底上生长二硫化钼的原子级薄膜的一些CVD方法^[29-30]。这些方法使用加热到高温的不同固体前驱体：硫粉和三氧化钼粉末蒸发并共沉积到附近的基底上^[29];一层薄的金属钼沉积在用固体硫加热的晶片上;基板浸渍在（NH₄）₂ MoS₄溶液中并在硫气存在下加热^[30]。这些CVD相关的方法总结如图四所示。在这些方法中，最终的二硫化钼薄膜厚度取决于初始前驱体的浓度或厚度，尽管尚未实现对大面积层数的精确调控。使用在铜箔上的先前CVD生长的石墨烯作为表面模板，还证明了二硫化钼的CVD生长，导致二硫化钼单晶片的横向尺寸为数微米。这些CVD报告还是相对较早的结果，但有希望进一步的工作能够制备出除二硫化钼以外的材料，并产生层数可控均一大面积的过渡金属硫化物。

图四 CVD相关方法总结

二硫化钼和二硒化钼的化学制备也已经证明可以水热合成（即，在高压和高压下从高压釜中的水溶液生长单晶）。最近，Matte等人^[31]已经描述了合成二硫化钨，二硫化钼，二硒化钨和二硒化钼的许多方法，包括在高温下钼或钨酸与硫脲或硒脲反应以得到相应的分层过渡金属硫化物材料^[31]。这样的方法给出了具有典型的数百纳米至几微米的薄片尺寸的合理的优质材料，尽管薄片的厚度没有确定地显示为单层。

1.3 二维过渡金属氧化物的电学结构

许多过渡金属硫化物具有类似于其一般特征的能带结构，如第一性原理和紧束缚近似^[9]所示并使用各种光谱工具测量。一般而言，MoX₂和WX₂化合物是半导体，而NbX₂和TaX₂是金属^[9]。图5a，b显示了由第一性原理计算得到的块状和单层MoS₂和WS₂的能带结构。在Gamma;点处，带隙转变对于大块材料是间接的，但是逐渐转变为单层的直接转变^[8,30]。K点处的直接激子跃迁与层数保持相对不变。

图五 第一性原理计算得到的块状和单层MoS₂和WS₂的能带结构

带层结构随层数的变化是由于量子限制以及S原子上的pz轨道与Mo原子上的d轨道之间的杂化而导致的^[15-16]。电子分布也与原子结构在空间上相关^[16]。对于MoS₂，密度泛函理论（DFT）计算表明，K点处的导带态主要是由于位于S-Mo-S层三明治中间的Mo原子上的局部d轨道，并且通过层间耦合相对不受影响。然而，Gamma;点附近的状态是由于S原子上的反键pz轨道和Mo原子上的d轨道的组合，并且具有强的层间耦合效应^[16]。因此，随着层数的变化，K点附近的直接激子态相对不变，但是Gamma;点的跃迁明显地从间接跃迁向较大的直接跃迁。所有的MoX₂和WX₂化合物预计会发生类似的间接-直接带隙转换随着层数的减少，覆盖带隙能量范围为1.1-1.9 eV^[9,32]。以单层形式向直接带隙的过渡对于光子学，光电子学和传感学具有重要意义。

1.4 电学传输特性和器件

1.4.1 电子学材料

数字电子产品中的晶体管是半导体最重要的应用之一。在过去的几十年中，数字电子行业的进步是由于晶体管尺寸越来越小而推动的。目前，最先进的处理器具有特征长度为22nm的硅基金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。 由于统计和量子效应以及散热困难，随后的规模缩减将很快接近极限，从而激发对新设备概念和材料的探索。特别地，二维半导体材料对加工性和缺乏可能妨碍器件性能的短沟道效应具有吸引力^[33]。

在已经适用于二维过渡金属氧化物的基本场效应晶体管结构中^[18]，半导体沟道区连接到源电极和漏电极，并且由栅电极与介电层分开。在源电极和漏电极之间流动的电流由调制沟道电导率的栅电极控制。尽管SiC，GaN，Ge和GaAs等其他半导体具有更多的专业应用，如发光二极管（LED），高功率电子器件 ，高温电子，射频电子和光伏。其他正在探索和评估的纳米材料包括碳纳米管^[34]，石墨烯^[34]和半导体纳米线。

对于数字逻辑晶体管来说，期望的特性是用于快速操作的高电荷载流子迁移率，用于有效切换的开关比（即导通状态与断开状态导通的比率）以及高导电性（即电荷密度和迁移率的乘积）和低关态电导，以在操作期间实现低功耗。在大多数半导体中，可以使用掺杂来增加电荷密度，但是散射也可能导致迁移率降低^[34]。对于数字逻辑，开关的开/关比通常是必需的^[33-34]。对石墨烯的浓厚兴趣主要集中在电子器件应用上，因为它是二维的，具有极高的载流子迁移率，并且外部栅极电压可以很容易地调控其电流^[33]。石墨烯已经被用于高频射频模拟晶体管，其截止频率达到数百千兆赫，利用了高载流子迁移率和高跨导^[28,33]。但石墨烯中带隙的缺乏意味着它不能实现低关态电流，限制了其作为数字逻辑晶体管的使用。需要具有相当大带隙的新型纳米电子材料以支持高的开/关比，同时保持高载流子迁移率和可伸缩性以适应越来越小的尺寸。

柔性透明也是下一代电子产品的理想特性。研究人员正在转向过渡金属硫化物作为具有可调带隙的超薄材料，该材料可制成具有高开关比的场效应晶体管^[18]。二维半导体如二硫化钼等与传统三维电子材料相比具有重要的优势：亚纳米厚度。再加上典型值在1-2eV范围内的带隙，可以产生较高的开/关比，其极薄的厚度可以更有效地控制开关，并有助于减少限制晶体管小型化的短沟道效应和功耗。

1.4.2 传输和散射机制

在二维过渡金属硫化物层状物中，传输和散射被限制在单层平面上。载流子的迁移率受以下主要散射机制的影响：（i）声学和光学声子散射;（ii）带电杂质的库仑散射;（iii）表面界面声子散射;（iv）粗糙度散射。这些散射机制对载流子迁移率的影响程度也受层厚度，载流子密度，温度，有效载流子质量，电子能带结构和声子能带结构的影响。许多这些散射机制在其他半导体和石墨烯中也能看到。

随着温度的升高声子散射越来越严重^[35]。在二维过渡金属硫化物中，在金属和硫属元素原子之间有部分离子键，晶体变形导致极化场，它们可以与电子相互作用和散射。图6显示了由Kaasbjerg等人^[35]根据第一原理计算的单层MoS₂中电子迁移率的温度依赖性。单独声学声子散射导致的迁移率与声学和光学声子散射的总效应都有显示。在低温（Tlt;100K）时，声学散射占主导地位，但在较高温度下光学散射占主导地位。淬火出平面单极性模式的效果（如顶部门控器件所发生的）仅略微提高了迁移率（图6）。室温迁移率限制在〜410 cm² V^-1 s^-1，主要是光学声子的限制^[35]。

图六 单层硫化钼中电子迁移率依赖关系图

二维过渡金属硫化物中的库仑散射是由位于二维过渡金属硫化物层内或其表面上的随机带电杂质造成的，并且在低温下是主要的散射效应，就像石墨烯一样。调控介电环境可以提高迁移率，正如石墨烯和二硫化钼^[18]已经被证明。当它放置在SiO₂等温和介电材料上时，这种库仑效应通常也会将单层石墨烯的迁移率限制在10,000 cm² V^-1 s^-1左右。载流子浓度和带隙可以通过添加离子杂质来调节，但是迁移率也会通过散射而降低，因此在特定器件中掺杂水平的选择会强烈地影响其性能。载流子浓度和温度对MoS₂迁移率的影响如图7a所示。声子和带电杂质对多层MoS₂迁移率的综合影响如图7b所示，与单层MoS₂的趋势相似。

图七 a图为载流子浓度和温度对MoS₂迁移率的影响；b图为声子和带电杂质对多层MoS₂迁移率的综合影响

通过考虑载流子的平均自由程，计算杂质散射占据声子散射占据的杂质浓度为〜5times;10¹¹cm^-2对应于重掺杂^[35]。这些结果表明，在较早的MoS₂晶体管报道中^[2,4]，室温迁移率从约0.5-3cm² V^-1 s^-1到约200cm² V^-1 s^-1的改善最近^[18]主要是由于减少库伦杂质散射通过使用具有高介电常数的栅极电介质材料在带电杂质上。进一步的实验需要阐明杂质和声子散射的相对作用。

表面声子散射和粗糙度散射的影响在非常薄的二维材料中是非常重要的。在基于砷化镓的量子阱中，界面粗糙度散射占主导地位。石墨烯在这种情况下，库仑散射在短程散射和波纹形式的表面粗糙度上占优势。然而放置在介电材料（如SiO₂）上的石墨烯由于SiO₂中的表面极性声子而经历散射，并且在自由悬浮的石墨烯中，主要散射是由于平面外弯曲声子引起的。另外，独立的MoS₂已经显示出与石墨烯相似的波纹，这也可能导致散射和流动性降低。由Kaasbjerg等人^[35]计算的声子限制室温迁移率对于MoS₂是〜410cm² V^-1s^-1，与其他单层过渡金属硫化物预期类似的值相同。

1.4.3 过渡金属硫化物晶体管

半导体二维过渡金属硫化物具有独特的特性，使它们作为场效应晶体管中的沟道材料很有吸引力，如缺乏悬空键，结构稳定性和迁移率与Si相当。场效应晶体管中过渡金属硫化物最早使用之一在2004年报道，其中WSe₂晶体显示出与最好的单晶硅场效应晶体管（在室温下对于p型电导率高达500cm²V^-1s^-1）相当的迁移率，双极性行为和在60K温度下的10⁴开/关比。这个结果很快就被基于MoS₂薄层的器件带有反栅结构，导致迁移率在0.1-10cm²V^-1s^-1的范围内超越^[2,4]。

如图8a所示，Kis及其同事首次报道了基于单层MoS₂的顶栅晶体管^[18]。该器件表现出优异的开/关电流比（〜108），n型半导体，室温迁移率大于200 cm² V^-1 s^-1，亚阈值摆幅为74^[18]。这个场效应晶体管的电流电压曲线如图8b所示。顶栅的几何结构允许降低开关器件所需的电压，同时允许在同一衬底上集成多个器件。在这个器件中使用的高介电常数介质HfO₂，由于如前所述的介电工程技术，还具有改善单层MoS₂的迁移率。采用高介电常数的顶栅也用于具有WSe₂单层薄片活性通道的p型场效应晶体管，室温下空穴迁移率为〜250 cm² V^-1 s^-1，亚阈值摆幅〜60和10⁶开/关比。由MoS₂制成的液态剥离薄膜晶体管也具有相似的电性能，这表明了其具有柔性透明二维电子应用的可能性。如前所述，用于获得大面积二硫化钼的CVD合成方法的发展对于器件的晶片级制造也是重要的。

图八 a图为单层MoS₂的顶栅晶体管；b图为场效应晶体管的电流电压曲线

1.5 光电子器件

光电子器件是可以产生，检测，与光相互作用或控制光的电子器件。纳米材料，如碳纳米管，半导体量子点和纳米线已被广泛研究用于光电子应用，如激光器，发光二极管，太阳能电池，光开关，光电探测器和显示器。预期柔性和透明的光电子器件在太阳能电池阵列，可穿戴电子器件和透明显示器中将变得越来越重要。半导体的电子能带结构直接影响其吸收和发射光的能力。对于具有直接带隙的半导体，能量大于带隙能量的光子可以很容易地被吸收或发射。对于间接带隙，必须吸收或发射额外的声子来提供动量的差异，使得光子吸收或发射过程的效率非常低。由于单层过渡金属硫化物主要是直接带隙半导体，因此它们在光电子领域的应用非常有意义，而且由于它们是原子级薄层且可加工，所以它们在柔性透明光电子领域具有巨大潜力。

1.5.1 柔性透明光电子学

在诸如显示器和可穿戴电子设备等应用中实现灵活和透明的光电子将需要各种各样的透明和柔性部件，例如导体，半导体，光吸收器，发光体和电介质。这些不同的功能将需要整合具有不同属性的不同类别的2D材料。对于透明导体而言，石墨烯的高导电率和低宽带吸收率使其成为目前主导材料铟锡氧化物的一种有前途的灵活且含量丰富的替代品，由于铟的稀缺性，铟锡氧化物不灵活且价格日益昂贵。对于具有可调谐带隙的半导体组件，二维过渡金属硫化物是有前途的选择，并且可以形成为光吸收组件或发光器件。对于二维电介质，诸如层状钙钛矿^[3]和氮化硼等材料是有希望的。

1.5.2 太阳能电池和光电探测器

过渡金属硫化物相对高的地球含量及其在可见光范围内的直接带隙使其成为替代薄膜太阳能电池中的光吸收材料，包括可以涂覆建筑物和弯曲结构的柔性光伏。几个过渡金属硫化物的功函数，传导和价带边缘与常用的电极材料的功能相兼容。且用各种插入剂如金属离子和有机分子调节过渡金属硫化物带隙的能力可能允许在光伏应用中调整光吸收^[36]。

已经证明了光伏和光电探测器中各种过渡金属硫化物的作用。MoS₂和WS₂的薄膜是光敏的，并且由单层MoS₂制成的光电晶体管表现出了作为光电探测器的潜力如图9a-d。该装置中的光电流取决于入射光强度，在50ms内响应于光强的变化并具有高光响应性。通过使用不同厚度的二硫化钼层，可以调谐不同波长的光电探测。Lee等人已经证明，具有1.8和1.65eV的各自的带隙能量的单层和双层二硫化钼对于检测绿光是有效的，并且带隙为1.35eV的三层二硫化钼非常适合于红光。最近，以1.3％的光转换效率证实了由TiO₂纳米颗粒，MoS₂原子层纳米片和聚（3-己基噻吩）（P3HT）制成的本体异质结太阳能电池。类似地，具有TiO₂的电化学太阳能电池用WS₂敏化，WS₂作为稳定的无机吸收材料。过渡金属硫化物也被证明是聚合物LED中的导体和电子阻挡层。

图九 光电探测器

在图10a，b表示了两种含有不同带隙材料的器件：多结太阳能电池可以使太阳光谱中的不同能量的光子被有效地吸收，从而减少由于热化导致的损耗。这些结构可以使用不同的带有不同带隙的TMDCs构建，其范围从可见光到近红外。前面讨论的与光层相关的光电探测器^[37]说明了如何通过调谐来优先吸收不同波长的光带隙。

图十 两种不同带隙材料的器件

1.5.3 光发射

电致发光和光致发光是两个重要的类别。在电致发光中，响应于电刺激而发射光子;这种模式在LED和二极管激光器等光电子器件中非常有用。在光致发光中，材料吸收光子，然后有时以不同的能量重新辐射光子。在直接带隙半导体中，电子和空穴的辐射复合产生光子，并且比间接带隙半导体更有效地发生。单层半导体过渡金属硫化物的直接带隙使其成为未来柔性光电子器件中活性发光层的理想候选材料，与石墨烯不同，它缺乏带隙，需要化学处理来诱导局域带隙发光，即光致发光。过渡金属硫化物中的电致发光的例子包括通过金纳米触点的电激发而发光的MoS2，以及来自嵌入锂的剥离的SnS2的电致发光并掺入到复合聚合物基质中。在单层MoS2中可以看到光致发光，它具有直接带隙，单层光致发光的量子产率远高于双层和体二硫化钼^[16]。然而，如前所述，迄今为止在MoS2中测量的光致发光量子产率远低于直接间隙半导体所预期的量子产率，并且在许多可行的光电子器件可以成为光电子器件之前，将需要很多工作来理解光致发光发射和淬灭。

1.5.4 自旋，轨道和能谷相互作用

电子和自旋电子器件分别使用电荷和自旋来传送信号。谷值指数是可以被利用的电荷载体的另一个性质，它指的是在动量空间的相同能量但是不同位置处的不同导带最小值或价带最大值处的电子或空穴的限制，能够促进能谷电子设备的生产^[38]。具有强烈自旋分裂的材料可能是由于各种推动系统失去平衡或由于对称性破坏而产生的效应，使得自旋极化的载流子群体得以维持，并且是自旋电子器件所需的。

在IV族半导体二硫属元素化物（MoS₂，MoSe₂，WS₂和WSe₂）中，一组独特的条件引起强烈的自旋轨道诱导的电子能带分裂和自旋-轨道耦合^[38]。单层过渡金属硫化物如MoS₂缺乏反转对称性，如图1b^[38]中的结构图所示，不同于中心对称的石墨烯或双层MoS₂。MX₂材料中反型对称性的缺乏，平面内电子运动的限制以及元素的高质量导致非常强的自旋轨道分裂，价带劈裂在0.15和0.45 eV之间^[38]。这与石墨烯形成对比，石墨烯具有非常弱的自旋轨道相互作用，主要是由于低质量的碳。MX2材料中的强烈自旋分裂使得它们成为自旋电子器件的有希望的候选者。

自旋轨道耦合强烈的反演对称性的缺乏也导致了自旋和谷物物理学的耦合^[38]。能谷约束的实验证据已经在单层MoS₂中被观察到，其中通过用圆偏振光对样品进行光学激发可以控制不同谷中的载流子数量，最近由三个独立的组^[10-12]证明。这种发展可能是朝向谷底装置新领域迈出的第一步。这些自旋，轨道和能谷特性在过渡金属硫化物中非常独特，可能导致尚未预料到的应用^[39]。

1.6 展望

层状过渡金属硫化物材料已经被人们所了解和研究了数十年，但是它们作为原子级薄膜，二维形状的性质是纳米技术相对新的和令人兴奋的领域，在纳米电子学和光电子学中有许多有前景的应用。在过渡金属硫化物系列的几个成员中看到的大的带隙使其成为逻辑晶体管中有吸引力的沟道材料，并且多个单层过渡金属硫化物中的直接带隙为光电子学开辟了许多前景。已经使用二维二硫化钼来演示具有高开/关比的晶体管以及具有逻辑操作的集成电路以及化学和气体传感器。不寻常的特性，如谷极化和强烈的自旋轨道效应也被证明。在研究二维过渡金属硫化物的物理和化学方面，研究人员将能够借鉴以前关于大量过渡金属硫化物的嵌入化学，材料加工和表征以及用碳纳米管和石墨烯开发的器件制造和纳米级表征的技术的研究。但是二维过渡金属硫化物具有许多其他材料系统中不可见的独特性质，而且随着研究人员对其进行更多的了解，肯定会出现意想不到的令人兴奋的应用。

在接下来的几年里，这个领域的进展将需要在可扩展和可控的样品制备方面取得进展，以在溶液或基底上制造大量原子级薄而均匀的过渡金属硫化物层。对于溶液相制备，挑战包括控制剥落或化学生长的薄片的面积和厚度的方法，以及发现可以有效和安全地大量生产这些材料的新方法和化学品。对于固态样品，晶体生长方法需要改进以实现大面积，大晶粒尺寸，均匀性和层数的控制。获得高质量的样品将使更多的研究人员更好地了解过渡金属硫化物的物理和化学特性，并追求广泛的应用。二维过渡金属硫化物材料的性质和应用是一个相对较新但令人兴奋和迅速扩大的研究领域。

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