随着半导体器件微型化进程接近物理极限，寻找性能更优的新材料成为行业关键课题。由日本冈山大学副教授铃木博夫、信州大学久间薰博士及庆应义塾大学藤井俊博士组成的研究团队，在二维半导体的生长机制研究方面取得进展。团队利用原位观测技术，首次在原子尺度上实时捕捉到材料在微反应器内的形成过程，该成果已于2025年12月12日发表在《先进科学》期刊。

二维半导体，例如过渡金属二硫化物，因其原子级厚度和独特的电学性质而被视为后硅时代的重要候选材料。然而，实现对其晶体生长质量的精确控制一直面临挑战。研究团队基于其前期开发的微反应器合成技术，构建了一套红外加热化学气相沉积系统，从而能够对晶体生长过程进行直接观察。

通过调节前驱体与硫的供应条件，研究人员识别出多种不同的生长模式，包括三角形晶体、大型六边形晶体以及可随基底特征弯曲的带状晶体。一个关键发现是，硫的引入降低了前驱体熔滴的熔点和表面张力，使其流动性增强。这些熔滴能够通过马兰戈尼效应在基底表面移动，持续为生长前沿供给原料。

久间薰博士对此表示：“观察液滴的运动并直接促进晶体生长是一个转折点。这使我们能够证实之前只能推断的生长机制。” 这项实时观测工作揭示了生长条件与最终晶体形貌、质量之间的关联，为定向设计与合成功能性二维材料提供了依据。

铃木博夫副教授总结道：“这项研究表明，直接观察是真正控制材料的关键。通过了解二维半导体的生长方式，我们可以从原子层面向上设计下一代电子器件。” 该研究揭示的机制，有望推动未来在低功耗电子、柔性传感器及高集成度芯片等领域的应用开发。

出版详情：作者：Hiroo Suzuki等人，标题：《微反应器内部：单层过渡金属二硫化物气-液-固生长过程的原位实时观察》，发表于：《先进科学》(2025)。期刊信息：先进科学