近60年来，微电子器件沿摩尔定律持续发展，正面临着高功耗、尺寸微缩等挑战，二维层状材料具有原子层厚度以及高迁移率，被认为是后摩尔时代的新型半导体材料。二硫化钼具有1-1.9eV的带隙以及良好的空气稳定性，在低功耗逻辑电路中具有巨大潜力。近年来，关于二硫化钼的研究报道层出不穷，但主要局限在尺寸小且产量低的剥离薄片，如何生长大面积的二维层状材料依然是很大的挑战。化学气相沉积为二维材料的高质量及大面积生长提供了可能，然而通过化学气相沉积实现高度结晶且层数可控的大单晶薄膜却很少报道。除此之外，基于化学气相沉积的高性能二硫化钼晶体管的研究同样面临着很大的挑战。
　　本论文围绕二维原子晶体二硫化钼，探索出高迁移率、层数可控的大单晶二硫化钼薄膜的制备方法，并进行了全面的材料表征，对二硫化钼晶体管的直流特性以及低频噪声进行了系统研究，包含以下三个方面：
　　一、探索出常压化学气相沉积生长单层二硫化钼薄膜的方法，围绕质量传输和表面反应限制进行改良，在熔融玻璃上生长出单晶尺寸超过半毫米的单层二硫化钼薄膜，室温下的迁移率达到24cm2/V·s，低温下达到84cm2/V·s。化学气相沉积制备的高迁移率单层二硫化钼薄膜，单晶尺寸达到报道的最高值。
　　二、系统研究了高度结晶的双层二硫化钼单晶薄膜的生长和材料表征。在高质量流密度的钼前驱体下，熔融玻璃表面稳定生长出大面积双层二硫化钼单晶薄膜。单晶尺寸表现出钼前驱体的质量依赖性，最大达到200μm，为报道的双层二硫化钼的最高值。提出了双层二硫化钼生长的动力学模型，质量传输区域主导了生长速率。对双层二硫化钼薄膜的光谱特性、单晶特性以及原子堆叠方式进行了研究。高度结晶的双层二硫化钼的可控生长及转移，为高性能二硫化钼晶体管提供了材料支撑。
　　三、系统研究了高性能二硫化钼晶体管的直流特性和低频噪声特性。双层二硫化钼具有更高的态密度和电子迁移率，同时保留了原子层厚度的特性。双层二硫化钼晶体管的开关比达到106，表现出良好的短沟道效应抑制能力。开态电流室温下达到438μA/μm，低温下达到1.524mA/μm，达到二硫化钼晶体管报道的最高值。迁移率室温下为36cm2/V·s，低温下为127cm2/V·s，均为双层二硫化钼报道的最高值。二硫化钼晶体管的噪声功率谱密度在低频下表现出1/f的衰减规律，噪声幅度达到3.2×10?8。低频噪声在亚阈区和弱反型区来源于载流子数目的涨落，在强反型区来源于迁移率的涨落，噪声品质因子为3.25×10?3。二硫化钼晶体管的噪声水平在10Hz下达到10?9μm2/Hz量级，降低接触电阻、提高迁移率是降低噪声水平的关键。
　　这些结果提高了对二硫化钼的生长及器件物理的理解与认识，照亮了二硫化钼在未来的研究和应用上前进的道路。