CVD生长单层MoS$_2$的本征缺陷工程用于可调谐功能纳米器件
应用物理
2023-11-15 v1 材料科学
摘要
原子级薄材料中的缺陷可驱动新功能，并将应用拓展至单片集成的多功能系统。在合成过程中控制缺陷形成的能力，是创造实际部署机会的重要本领。二硫化钼(MoS)作为一种二维(2D)半导体材料，具有可被利用以实现可调谐电子、光电子及电化学器件的本征缺陷。然而，在保持晶体结构完整性的同时，实现对单层MoS内缺陷形成的精确控制仍是一项显著挑战。在此，我们提出一种利用压力依赖的化学气相沉积(CVD)工艺对单层MoS进行一步法、原位缺陷工程的方法。在低压CVD条件(LP-MoS)下生长的单层MoS产生由硫空位(Vs)诱导的富缺陷晶体，主要归因于生长条件的动力学。相反，常压CVD生长的MoS(AP-MoS)以氧钝化这些Vs缺陷。这种缺陷分布的差异深刻影响关键功能特性与器件性能。AP-MoS表现出大幅增强的光致发光，而在LP-MoS中因Vs缺陷诱导的带隙内电子施主态而显著淬灭。然而，与基于AP-MoS的器件相比，LP-MoS中Vs缺陷诱导的n型掺杂在我们制备的光电探测器中产生了增强的响应度与探测率。富缺陷LP-MoS作为场效应晶体管(FETs)沟道层以及用于析氢反应(HER)的电催化材料均优于AP-MoS。本工作提出了一种用于单层MoS原位缺陷工程的一步法CVD方法，并为控制其他单层材料体系中的缺陷提供了途径。
引用
@article{arxiv.2311.07984,
title = {Intrinsic defect engineering of CVD grown monolayer MoS$_2$ for tuneable functional nanodevices},
author = {Irfan H. Abidi and Sindhu Priya Giridhar and Jonathan O. Tollerud and Jake Limb and Aishani Mazumder and Edwin LH Mayes and Billy J. Murdoch and Chenglong Xu and Ankit Bhoriya and Abhishek Ranjan and Taimur Ahmed and Yongxiang Li and Jeffrey A. Davis and Cameron L. Bentley and Salvy P. Russo and Enrico Della Gaspera and Sumeet Walia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.07984},
year = {2023}
}
备注
29 pages, 5 figures