利用薄膜应力覆盖层对二维 MoS$_{2}$ 进行应变工程

我们展示了一种通过沉积具有应力的薄膜来封装剥离薄片，从而向二维过渡金属硫族化物(TMDC) MoS$_{2}$ 中引入拉伸和压缩应变的方法。利用该技术，我们可以通过改变所沉积薄膜的应力直接调控 MoS$_{2}$ 的应变大小，从而能够在薄片与薄片之间施加可变应变。这些薄膜应力源类似于工业 CMOS 工艺中用于增强 Si 迁移率的基于 SiN$_{x}$ 的应力源，表明我们的概念具有高度可扩展性，并可应用于应变工程化 TMDC 器件的大规模集成。我们选择光学透明的应力源，以便通过拉曼光谱探测 MoS$_{2}$ 应变。将 MoS$_{2}$ 中拉曼峰位移的厚度依赖分析与原子尺度模拟相结合，我们可以逐层探究应变传递。在常规衬底(SiO$_{2}$、MgO)上的 MoS$_{2}$ 显示应变传递至多层薄片的最上层两层，但由于衬底粘附，向单层的应变传递有限。为缓解此限制，我们还探究了在六方氮化硼(h-BN)上由单层(1L) MoS$_{2}$ 构成的范德瓦耳斯异质结构上的应力源。该概念释放了 1L-MoS$_{2}$，使单层可施加 0.85$\%$ 的应变，相应的应变诱导带隙变化为 75 meV。通过使用更高应力的薄膜，可将应变工程化至更高水平。我们考量了多种应力源与沉积方法，显示出与应力源材料无关的应变传递，其仅取决于应力源薄膜作用力，且在使用热蒸发时向 MoS$_{2}$ 引入的缺陷可忽略不计。