分子束外延生长可扩展单晶WSe$_2$单层的新方法

寻找在大面积上生长的高质量过渡金属硫族化物单层和少层材料至今仍是非常活跃的研究领域。在此，我们利用分子束外延在云母上于范德瓦耳斯 regime 生长出15$\times$15 mm的大尺寸WSe$_2$。通过筛选一步生长条件，我们发现极高温度（$>$900$^{\circ}$C）和极低沉积速率（$<$0.015 nm/min）是获得高质量WSe$_2$薄膜所必需的。畴尺寸可大于1 $\mu$m，面内旋转取向偏差小于$\pm$0.5$^{\circ}$。该WSe$_2$单层还具有空气稳定性，可轻易转移至1 cm$^2$的SiN/SiO$_2$上，并表现出强光致发光信号。此外，结合掠入射X射线衍射和透射电子显微镜，我们检测到少量取向偏差晶粒的存在。基于WSe$_2$与云母晶体间原子重合的二维模型使我们能够解释这些取向偏差晶粒的形成，并为消除它们并进一步提高WSe$_2$结晶质量提供建议。