在国家自然科学基金项目（批准号：T2221003）等资助下，南京大学王欣然教授团队与合作者首次提出出“稀土元素表面修饰”技术，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。研究成果以“镧钝化蓝宝石上过渡金属硫族化合物单晶的稳健外延（Robust epitaxy of single-crystal transition-metal dichalcogenides on lanthanum-passivated sapphire）”为题，于2025年10月23日在《科学》（Science）杂志上发表。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea0849。

　　二维半导体是延续集成电路摩尔定律的首选材料，大尺寸单晶晶圆是集成电路规模化制造的基石。然而，实验室级别的化学气相沉积（CVD）技术在晶圆尺寸、重复性和均一性等方面难以满足产业需求，金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术虽然具备均匀性和规模化优势，但只能生产多晶材料，无法满足高端元器件需求。

　　针对上述挑战，王欣然教授团队独辟蹊径，在标准工业蓝宝石表面构建镧原子钝化层。该原子层打破蓝宝石表面固有的对称性，让二维半导体成核锁定在同一个方向上，确保了晶畴的单向排列进而长成单晶。该技术解决了长久以来二维半导体制备存在的重复性、稳定性以及工艺窗口狭窄等局限，适用于多种材料和多种工艺条件，从根本上解决了二维半导体单晶规模化制备的难题。基于此，团队一举实现了6英寸二硫化钼（MoS₂）、二硫化钨（WS₂）、二硒化钨（WSe₂）和二硒化钼（MoSe₂）等二维半导体单晶的普适制备。多种光谱和电学表征技术证实了优异的材料质量和均一性，单晶尺寸、器件性能同步刷新记录，实现大尺寸与高质量兼得。该工作实现了二维半导体单晶从实验室技术到量产化技术、从单一材料到多种材料普适性制备的跨越，标志着二维半导体产业化迈出关键一步，为集成电路、显示、传感等领域的规模化应用奠定了材料基础。

图 镧修饰的蓝宝石衬底上实现二维半导体单晶外延