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近年来，二维材料石墨烯引起了人们广泛的研究热潮。作为二维材料家族的重要成员，过渡金属硫属化物具有可调的0.8-2.1eV的带隙，因此是构筑下一代电子学、光电子学器件的理想材料。作为一种新的材料，如何获得大尺寸、高质量、连续的原子级平整的单层薄膜是将其优异性能转化为实际产业化应用的基础。本论文围绕厘米量级连续的二硫化钼的可控生长和其在场效应晶体管方面的应用开展了系统的研究工作。本论文主体主要包括以下四个部分: 1.我们通过自行搭建的三温区化学气相沉积系统，在二氧化硅衬底上生长了厘米量级连续的高质量二硫化钼薄膜。通过改变生长条件，晶粒尺寸可控的从20nm变化到600nm，通过裁剪晶粒尺寸可以实现对能带结构的调控，荧光光谱会出现80meV的红移。对于薄膜样品，经过一系列表征，说明生长的单层二硫化钼具有很高的质量。基于晶粒尺寸为600 nm的薄膜构筑的晶体管表现出很好的性质:开关电流比106，迁移率约为10cm2/Vs。同时我们发展了一种通过选择性氧化晶界的方法来判断薄膜样品晶粒尺寸和晶界形貌。我们的工作为大面积二硫化钼薄膜的生长及其在光电器件方面的应用提供了可能。 2.在先前工作的基础上，我们探索了进一步提高薄膜样品质量的两种普遍做法: (1)降低二氧化硅上薄膜样品的晶界密度，减小其对样品性能的影响;(2)在单晶衬底实现晶粒取向可控的外延薄膜生长。首先，我们发现，在生长过程中引入少量刻蚀性气体氧气，不仅可以有效降低二硫化钼的形核密度，而且可以极大地抑制三氧化钼源表面硫化“中毒”的现象，有效延长生长时间，促进大尺寸二硫化钼单晶的生长。我们还发现，这一方法具有普适性，适用于不同衬底上二硫化钼的生长，甚至可以推广到其他过渡金属硫属化物的生长。利用氧气的生长和刻蚀的协同作用，我们在二氧化硅和蓝宝石衬底上获得的最大单晶尺寸分别为40μm和350μm。特别的是，通过调控合适的生长参数，遵循二维形核、长大、连接的生长模式，我们可以在二氧化硅上获得晶粒尺寸为10μm的高质量多晶薄膜。通过一系列表征，我们发现氧气的引入不会引入额外缺陷使样品质量下降，反而会提升其光电特性。 3.我们通过氧气辅助，在蓝宝石衬底上实现了晶粒尺寸为200μm的高质量单层二硫化钼薄膜的范德瓦尔斯外延生长。在蓝宝石衬底上生长的大多数二硫化钼晶粒具有0°和60°两种取向，极少出现30°取向。衬底和蓝宝石衬底之间的转角为30°。同时，我们还发现通过调控基片的沉积温度，可以实现二维范德瓦尔斯外延生长机制和表面台阶辅助的生长机制之间的转变。对不同生长机制，我们都可以形核、连接成膜，最后生长出准单晶的薄膜样品。经过一系列的光学和电学表征，说明外延生长的大尺寸二硫化钼薄膜具有优异的质量，并且分布均匀。我们的工作为晶圆量级大尺寸单层二硫化钼的外延生长及下一代大面积集成电子器件的构筑提供了可能。 4.通过堆垛不同种类的二维材料形成的范德瓦尔斯异质结可以构筑不同功能的光电子学器件。通常情况下，异质结的光电性质都受界面的接触环境以及堆垛转角的调控。我们通过两步外延生长法得到了AA和AB完美堆垛的MoS2/WS2范德瓦尔斯异质结。不同于转移方法得到的异质结结构，外延生长的样品具有原子级平整的的干净的界面和很强的层间耦合作用。我们利用原子力显微镜，拉曼，荧光光谱以及电学表征系统研究了层间耦合对异质结光电特性的影响。特别的是，在AA和AB堆垛的MoS2/WS2异质结中，第一次观测到的低频层间呼吸膜和剪切模是表征层间接触质量以及堆垛转角的理想手段。