2025年10月23日，南京大学与苏州实验室联合团队在国际上率先突破6英寸二维过渡金属硫族化合物半导体（以下简称“二维半导体”）单晶量产化制备技术。相关成果以题为 《Robust epitaxy of single-crystal transition-metal dichalcogenides on lanthanum-passivated sapphire》 的论文发表在国际顶级学术期刊《Science》上。
二维半导体具有原子级厚度，可显著降低晶体管功耗，并具备与三维异质结构高效集成的潜力，被视为延续集成电路摩尔定律的理想材料。
然而，实现大尺寸、高质量的单晶晶圆一直是产业化的核心难题。
早在2021年，南京大学王欣然教授团队通过蓝宝石衬底斜切设计，首次实现了2英寸二维半导体单晶生长（Nat. Nanotechnol. 16, 1201–1206, 2021），验证了大尺寸单晶的可行性。但受限于实验室级别的化学气相沉积（CVD）工艺，二维半导体在晶圆尺寸、重复性与均匀性方面始终难以满足产业化需求。
相比之下，金属有机化学气相沉积（MOCVD）虽具备量产优势，却只能制备多晶材料，性能远逊于单晶。正如研究团队形象比喻的那样：“单晶像高速公路，电子畅通无阻；多晶则如弯曲小道，电子常被‘红绿灯’阻挡。”
图1 镧修饰的蓝宝石衬底上实现二维半导体单晶外延
蓝宝石是理想的外延衬底，但其高对称性会导致二维半导体成核方向不一，最终形成多晶结构。
团队的核心创新在于开发出一种稀土原子表面修饰技术——在蓝宝石表面构建镧（La）单原子层。
这一极薄的单原子层打破了蓝宝石表面的固有对称性，使二维半导体的成核方向得以锁定，从而实现了晶畴的单向外延，最终形成高质量单晶薄膜。
该技术不仅解决了二维半导体制备中长期存在的重复性差、稳定性低、工艺窗口窄等问题，还具备材料通用性与工艺兼容性。正如研究团队所言，这项创新“让蓝宝石从普通材料变成了能催生单晶的‘魔法石’”。
图2 6英寸二维半导体单晶晶圆系列
基于镧修饰的蓝宝石衬底与量产级MOCVD工艺，研究团队成功制备出6英寸二硫化钼（MoS₂）、二硫化钨（WS₂）、二硒化钨（WSe₂）、二硒化钼（MoSe₂）等多种二维半导体单晶晶圆。
多种光谱与电学测试表明，材料具有优异的晶体质量与均一性，其中MoS₂与WSe₂的平均迁移率分别达到110 cm²·V⁻¹·s⁻¹和131 cm²·V⁻¹·s⁻¹，刷新了二维半导体单晶的记录，实现了**“大尺寸”与“高性能”兼得**。
该成果标志着二维半导体从实验室研究向产业化量产的关键跨越，也为未来在集成电路、显示与传感器等领域的规模化应用奠定了材料基础。
韩国科学技术院（KAIST）Kibum Kang教授在同期《Science》评论中指出，这项研究“解决了二维半导体产业化的关键瓶颈问题”。
图3 基于单晶MoS₂的场效应晶体管阵列
晶沐光电新材料有限公司专注于新一代半导体与光电子材料的研发与产业化，致力于推动二维材料、超薄晶体及高性能器件在显示、传感、通信等领域的创新应用。公司以“让原子级科技照亮未来”为使命，与国内外多家顶尖科研院所和企业建立深度合作，共同推动先进材料从实验室走向产业化。
晶沐光电可提供为二硫化钼/石墨烯等二维纳米生长的薄膜衬底材料：
蓝宝石斜切角衬底：
直径：2寸/3寸/4寸/6寸
晶向：C/A 1度~10度
C/M1度~10度
A/R/M/N-Plane
还有石英玻璃，硅片，碳化硅等衬底材料。
