二維（2D）材料為開發原子厚度的半導體應用提供了突破硅技術極限的機會。黑磷（Black Phosphorus，BP）是一種具有可控帶隙和高載流子遷移率的層狀半導體材料，是原子厚度晶體管器件最有希望的候選材料之一。此外，BP還表現出許多對從納米電子學和納米光子學到量子器件和超導體的各種應用都很有價值的獨特性質。然而，自從BP被報道以來，多層BP薄膜的可控大規模生長一直是沒有被實現，極大地阻礙了其進一步研究和實際應用。目前，自上而下的剝離制備BP薄膜存在著規模有限、形狀不規則的問題，而且基于紅磷的同素異形轉化方法不能得到高質量的原子厚度BP薄膜。雖然化學氣相沉積（CVD）技術可以實現BP的自下向上的合成，但是僅獲得了在橫向尺度上為幾十微米的多層BP薄片。此外，BP相的構建需要極高的壓力條件，而在氣相相沉積方法中幾乎無法實現。

在2021年5月10日，Nature Materials在線刊登了題為“Large-scale growth of few-layer two-dimensional black phosphorus”的文章。在文中，香港理工大學郝建華教授和中國科學技術大學陳仙輝教授（共同通訊作者）等人報道了一種可控的脈沖激光沉積（PLD）策略，可以在厘米尺度上合成高質量的多層BP。

通過結合分子動力學（MD）模擬，作者發現，對比傳統的熱輔助蒸發，利用脈沖激光可以促進在傳輸的物理蒸汽中形成大的BP團簇，從而降低BP相的形成能，并實現了多層BP的大規模生長。同時，作者還證明了制備的BP在大面積上具有晶體的均勻性質。此外，作者還在BP薄膜上制備了厘米級場效應晶體管（FET）陣列，在295和250 K時產生的空穴遷移率分別高達213和617 cm² V^-1 s^-1。該研究結果為進一步開發在信息產業有潛在應用前景的基于BP的晶圓級器件鋪平了道路。

總之，作者提出了一種可控制的快速PLD工藝，并利用該工藝在厘米尺度上直接合成具有高結晶度和均質性的多層BP。作者不僅研究了所制備的大面積BP薄膜的晶相、晶體質量、層狀結構和能帶隙，而且在大面積生長BP薄膜后，進一步制備了多層BP FETs。該多層BP FETs在載流子遷移率和電流開關比方面表現出優異的電氣特性，甚至超過厚度相似但尺寸較小的剝離或化學生長的BP薄片。值得注意的是，僅通過旋轉多個靶而不破壞真空，PLD便具有易于控制的厚度、化學計量比生長、高生長速率以及與多層異質結構的高相容性等有利于器件制造的優點。該工作為進一步開發基于BP的晶圓級電子和光電器件提供了可能性，特別是可拉伸集成器件陣列和信息系統。

Large-scale growth of few-layer two-dimensional black phosphorus. Nature Materials, 2021, DOI: 10.1038/s41563-021-01001-7.