随着人工智能（AI）技术的进步，半导体性能的需求不断增加的同时，对降低半导体器件功耗的研究需求也在增加。因此，取代传统硅的新型半导体材料正在受到关注。其中，过渡金属二硫化物（TMD）等二维材料因其薄结构和优异的电性能而被视为下一代半导体。然而，目前尚缺乏大规模、高质量地工业制备工艺。传统上，TMD是通过化学气相沉积在晶体衬底上外延生长而成。然而，这种方法需要在生长后转移到目标衬底，这使得控制厚度和可扩展性变得困难。
韩国首尔国立大学（Seoul National University）研究团队成功开发出一种新型二维半导体合成技术，实现了在多种衬底上直接生长晶圆尺度的单晶二维半导体。研究团队首次开发出一种称为“hypotaxy”的全新晶体生长方法。“hypo”表示向下，“taxy”表示排列，反映了合成薄膜向下生长的特性。
研究团队引入石墨烯、六方氮化硼等二维材料作为模板，引导TMD晶体排列，从而能在任何（包括非晶和晶格失配）衬底上合成完美的单晶TMD薄膜。此外，石墨烯模板会自然消失，无需后续去除工序，并且可以精确控制金属薄膜的厚度，以调节TMD层数。这种方法在不同的衬底上实现了从单层到数百层的精确MoS2厚度控制，制备出4英寸单晶MoS2，具有高导热性（约120 W m?1 K?1）和迁移率（约87 cm2 V?1 s-1）。此外，这项技术使得单晶TMD能够在400°C下低温生长，且与现有的半导体制造工艺兼容。
这种向下排列生长方法可以扩展到其他TMDs，如MoSe2、WS2和WSe2，为传统外延生长中的衬底限制提供了一种解决方案，并使晶圆级TMDs能够用于单片三维集成。这表明该下延晶体生长方法在开发高性能、高集成度的2D半导体器件和实现下一代2D半导体的商业化方面具有巨大的潜力。
