雙層二硫化鉬制備獲重大突破：南京大學電子科學與工程學院李濤濤、王欣然和東南大學馬亮、王金蘭《Nature》厘米級雙層MoS2制備

【導讀】

過渡金屬硫化物（TMDs）具有良好的靜電控制能力、較小的帶隙和較高的遷移率，被認為有望超越硅基電子器件。目前在單層TMDs的生長方面取得了豐碩成果，但是多層TMDs的可控外延生長仍然是一個巨大挑戰。

【成果掠影】

南京大學電子科學與工程學院李濤濤、王欣然和東南大學物理學院通過調控原子梯級高度，在藍寶石基底的c面上，利用外延生長，然后將形成的TMDs區域融合，實現了99%的均勻成核，制備了厘米級二硫化鉬薄膜。由此制備的短溝道場效應晶體管（FET）遷移率可達122.6 cm₂·V^?1·s^?1，短溝道FET開態電流可達1.27 mA·μm^?1。

【數據概覽】

圖1.?a, 在1,000℃和1,350℃退火的藍寶石襯底上連續單層（左）和雙層（右）MoS₂薄膜的照片。

b，沿<1010>方向藍寶石的晶格結構。每個Al-O-Al層對應于一個高度為2.16埃；

c,?雙層域的初始成核階段的AFM圖；

d，在1,000 °C和1,350 °C下退火的c面藍寶石梯級高度統計結果；

e, 雙層MoS₂的橫截面高角環形暗場掃描透射圖像證明二硫化鉬在藍寶石臺階邊緣成核；

f，MoS₂雙分子層的形成能量與臺階高度關系。

圖2.雙層MoS₂的均勻連續薄膜。

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a, 雙層結構域的光學顯微鏡照片；

b，在SiO₂/Si基底上轉移的雙層MoS₂域的AFM圖像；

c, 拉曼光譜；

d, h?統計學雙層和單層MoS₂結構域的統計學分布；

e,?連續雙層MoS₂薄膜的圖像；

f, 低能電子衍射圖；

g，拉曼圖譜在亞微米級別的線掃描結果；

i-k，單雙層二硫化鉬的拉曼、電子能表征。

圖3. 雙層二硫化鉬的場效應晶體管性能。

a，背柵FET陣列的假彩色掃描電子顯微鏡圖像；

b，轉移特性曲線；

c，輸出特性曲線；

d，150個器件的遷移率統計數據；

e，D圖所對應器件的轉移特性曲線；

f，開態電流和溝道寬度的關系；

g，開態電流和遷移率的關系。

【成果啟示】

通過邊緣成核和外延生長法，作者首次在藍寶石基板上制備了大規模、高度取向的MoS₂薄膜，對應的FET性能遠超單層MoS₂器件。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04523-5

本文由iron-man供稿。