通過CVD方法生長(zhǎng)出高度結(jié)晶的多層二硫化鉬(MoS2)薄片(圖文介紹)
具有本征帶隙的二維MoS2由于其在電子和光電子器件方面的潛力而引起了科研學(xué)著關(guān)注。 但是，由于這種材料的遷移率相對(duì)較低（甚至低于多晶硅），這大大地阻礙了其邁向?qū)嶋H應(yīng)用。目前已經(jīng)有一系列針對(duì)單層MoS2的研究，但是與此同時(shí)多層MoS2的研究相應(yīng)的有所缺失。然而實(shí)際上，由于具有較高的態(tài)密度，多層MoS2具有比單層MoS2高得多的遷移率和驅(qū)動(dòng)電流，這使得多層MoS2在薄膜晶體管、邏輯器件和傳感器等方面更具應(yīng)用前景。 然而，到目前為止報(bào)道的多層MoS2的**性能是通過機(jī)械剝離獲得的，這并不適合實(shí)際應(yīng)用，而目前化學(xué)氣相沉積（CVD）合成的多晶多層MoS2薄膜，顯示出低得多的遷移率。
為了推進(jìn)多層為了推進(jìn)多層MoS2的實(shí)際應(yīng)用，我們通過CVD方法生長(zhǎng)出高度結(jié)晶的多層MoS2薄片解決了上述問題�？梢詫�(shí)現(xiàn)高達(dá)20層的MoS2以良好限定的AA順序堆疊在一起，而且每層的邊緣是原子級(jí)平滑的Mo原子鋸齒形結(jié)構(gòu)。多層溝道、原子級(jí)有序的邊緣以及理想的接觸幾何形狀使得這些CVD生長(zhǎng)的多層MoS2薄片表現(xiàn)出優(yōu)于機(jī)械剝離多層MoS2的電性能。除了場(chǎng)效應(yīng)晶體管之外，這些多層MoS2晶體管也適合于構(gòu)建基于單層-多層MoS2結(jié)的整流二極管。
【圖文簡(jiǎn)介】
圖1 合成不同層數(shù)的MoS2薄片
a)使用拱形氧化Mo箔作為反應(yīng)前體CVD生長(zhǎng)MoS2的示意圖。
b)生長(zhǎng)產(chǎn)物的大尺寸光學(xué)圖像，顯示了15-20層MoS2MoS2的生長(zhǎng)，產(chǎn)率≈70％，比例尺：50μm。
c-f)CVD生長(zhǎng)的單層、5層、8層以及17層MoS2薄片的光學(xué)圖像。
g,h)12層MoS2的光學(xué)圖像以及AFM圖像，其中MoS2具有≈20μm的邊長(zhǎng)。
i)所示的是g)中MoS2樣品的拉曼mapping 圖像，其具有在404cm -1處的峰。
j) 該MoS2樣品的PL mapping 圖像，其峰值在1.80eV峰處。c-j)中的比例尺均為5μm。
圖2 CVD生長(zhǎng)MoS2薄片的層依賴光譜表征
a) 分別是1,2,3,4,6,9和10層MoS2的光學(xué)圖像。比例尺：5μm。
b-d)分別對(duì)應(yīng)a)中MoS2薄片的拉曼、PL和SHG譜。
e)E2g1、A1g拉曼模式的層依賴頻率及其差異。f)層依賴性PL峰位置和強(qiáng)度。g)層依賴性SHG強(qiáng)。
圖3 實(shí)驗(yàn)制備的多層MoS2的TEM和STEM表征結(jié)果
a)懸浮在多孔碳TEM網(wǎng)格上的CVD生長(zhǎng)的多層MoS2薄片TEM圖像。比例尺：1μm。
在a)圖中多層MoS2上標(biāo)記的1和3的SAED圖像分別如b)圖和c)圖所示。
d)STEM-HAADF圖像以及e)另一個(gè)多層MoS2薄片（補(bǔ)充信息）1-2層邊界處的模擬圖像。藍(lán)色和黃色球分別表示Mo和S原子。比例尺：1nm。
f)從左到右分別是1至8層MoS2的STEM-HAADF模擬圖像。比例尺：1nm。g)AA堆疊的多層MoS2的原子結(jié)構(gòu)。面內(nèi)Mo-S鍵的方向相同，頂層的S原子與底層的六角形中心重疊。
圖4 CVD生長(zhǎng)的多層MoS2薄片的電學(xué)性能
a,b)多層機(jī)械剝離MoS2和CVD生長(zhǎng)的MoS2薄片中的電學(xué)接觸幾何形態(tài)的示意圖。
c)在1V的偏壓下16層MoS2的Ids-Vgs特性。插圖：在40V的柵極電壓下的Ids-Vds曲線以及器件的光學(xué)圖像。比例尺：5μm。
d)柵極電壓為0V時(shí)測(cè)量的1-8層MoS2結(jié)的Ids-Vds特性。插圖：器件的光學(xué)圖像。比例尺：5μm。
層數(shù)依賴的e)電子遷移率和f）Vgs=40V和Vds=1V時(shí)電流測(cè)量值的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其中紅色柱表示CVD生長(zhǎng)的MoS2薄片，藍(lán)色柱表示機(jī)械剝離的MoS2薄片。
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CVD-WS2-WSe2面內(nèi)異質(zhì)結(jié)
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