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现代计算机和信息技术的发展对半导体材料和集成电路提出了更高的要求，为了提高单位体积的计算能力，作为计算机最小组成单元的晶体管需要有更高的性能和更小的体积，可穿戴智能设备的发展则对超薄柔性半导体材料提出了更多需求，二维原子层材料因其独特的物理和化学性质受到广泛关注和研究。二硫化钼(MoS2)具有层状结构，单层的二硫化钼不仅透光性好、机械柔性高，而且是直接带隙半导体，带隙大小在1.8eV左右，可通过场效应控制电流开关。本论文利用化学气相沉积法生长单层MoS2，通过调控反应温度、反应压强、载气组分等参数，研究不同反应条件对单层MoS2形貌的影响，探讨其作用机理，实现了大面积且高质量单层MoS2单晶的可控合成。随后制备了背栅单层MoS2场效应晶体管，并测试其电学特性和光响应性能，采用自对准的工艺制备了短沟道的顶栅MoS2FET，以达到提高源漏电流和降低亚阈值摆幅的目的。本论文的主要研究内容如下: 1.采用低压化学气相沉积的方法，以高纯S片和MoO3粉末为反应物，通过优化反应温度和反应压强等参数，在SiO2/Si基片上生长出大面积且高质量的单层三角形MoS2单晶，并通过在载气中加入微量氧气，提高所得单层MoS2单晶的均匀度。研究表明本反应体系中生长大面积单层MoS2单晶的最佳反应温度为850℃，最佳反应压强为1kPa，此条件下能够可控合成平均边长在200μm以上的产物，单个单层三角形MoS2单晶的边长可达405μm。 2.采用电子束曝光的方法制备了基于单层三角形MoS2单晶的场效应晶体管，开关比可达107，载流子迁移率高达21.8cm2V-1s-1。最后以GaN单根线为掩膜，采用自对准的工艺制备了沟道长度在200nm左右的顶栅MoS2FET，器件室温下测得的亚阈值摆幅SS低至64mV/dec，接近理论极限。