无机二维（2D）材料因其新异的电子和光学特性重新吸引了众多研究人员的注意,为许多先进领域比如储能、催化、传感、场效应晶体管（Field-effect transistors,FETs）和逻辑电路的研究提供了新的机遇。与零带隙的石墨烯不同,单层纳米级厚度的过渡金属硫族化合物（Transition metal chalcogenides,TMDs）在室温下即可得到高的载流子迁移率以及可调谐的带隙,且有希望解决硅基半导体由于器件缩放所面临的短沟道效应。高结晶质量的单层TMDs已然成为下一代电子和光电器件重要的候选沟道材料,其中二硫化钼（Mo S2）作为TMDs庞大家族不可或缺的一员成为研究的焦点。体相Mo S2是具有间接带隙的半导体,而单层Mo S2则是具有1.85 e V直接带隙的半导体,理论计算得到单层Mo S2在室温下的载流子迁移率能够达到410 cm~2 V-1 s-1,是构筑光电探测器和FETs的理想材料。研究者们已经开发了各种方法来生长大面积、高结晶度的2D晶体（石墨烯和TMDs）,例如机械剥离、液相剥离、物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等。从生长规模的可扩展性、生产成本等方面进行比较,发现CVD是最有潜力实现2D材料工业规模生产的方法。然而,经典CVD法中多种固态前驱体挥发的气相传输过程会引起传质不均,从而出现基底表面成核不均匀、所得样品层数不可控等问题,难以获得层数分布均匀的严格单层样品。此外,在晶圆尺寸基底上的生长因受前驱体扩散动力学限制,样品分布及厚度更加缺乏均匀性。在此,本论文提出了一种在具有原子级平整表面的c-面蓝宝石基底上高通量控制生长均匀严格单层Mo S2的方法,将单分散工程与CVD工艺结合使用,成功合成了晶圆级均匀的严格单层Mo S2,并实现了3晶圆片每炉的批量生长。统计结果显示,单层Mo S2晶体的比例在晶圆范围内超过99.99%。进一步的表征证明,本方法成功地获得了具有严格单层厚度的高质量Mo S2,并以此为沟道材料,构筑了FETs器件,测试了其电学性能。主要研究内容包括以下4个部分:（1）单分子层前驱体制备借鉴高温退火后蓝宝石基底表面与钼氧化物（Mo Ox）之间形成的单分散机制,在c-面蓝宝石基底上制备了呈单分子层分布的Mo Ox作为Mo源。高温退火过程中,Mo Ox与蓝宝石基底形成了Mo-O-Al键强相互作用,多余的Mo O3由于其高挥发性而挥发掉,从而保证了Mo的单层分布。采用原子力显微镜（AFM）、X-射线光电子能谱（XPS）、同步辐射证明了蓝宝石基底表面单分散Mo Ox层的成功制备。（2）严格单层Mo S2的可控制备单分子层的Mo Ox在基底表面的均匀分散为生长过程的均匀成核提供了合适的前提条件。CVD生长过程中Mo从基底的释放为反应的决速步骤,Mo一经释放便立即与S反应生成高熔点的Mo S2,有效地抑制了解吸附过程,使极低浓度的Mo得到充分利用,以自限制模式首次实现了严格单层Mo S2的生长。采用AFM、XPS、拉曼（Raman）光谱及光致发光（PL）光谱对其进行了厚度、组份、晶体质量的表征,统计了单层样品所占比例,并测试了基于所制备单层Mo S2 FETs的电学性能。（3）晶圆级严格单层Mo S2由于Mo源均匀分布在基底上,避免了经典CVD过程中存在的固体Mo源挥发气相传质过程混乱引起的成核不均匀、层数不一致等问题,在生长设备允许的情况下,单分散机制辅助的CVD理论上可以使生长不受基底面积限制,从而实现晶圆级均匀单层的生长。在2英寸蓝宝石晶圆基底上直接生长了单层Mo S2,采用AFM、XPS、Raman光谱及PL光谱对其进行了厚度、组份、晶体质量的表征,对单层样品占比进行了统计,将其转移到Si O2/Si基底并构筑了FETs阵列器件,测试了晶圆范围内单层样品的电学性能均匀性。（4）晶圆级严格单层Mo S2批量制备基于单分散效应的CVD工艺由于在基底上预先分散了过渡金属源,为生长过程减少了一个必要的不可控因素,理论上可以扩展到多晶圆片每炉的生长。本实验设计了可以同时搭载多个晶圆片的石英置物架,通过调整探索合适的晶圆片间距、载气流量、生长时间等参数,实现了3晶圆片每炉的批量生产。