Croissance de couches minces de MoS2 sur une grande surface par sulfuration directe

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8378 (2023) Citer cet article

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Dans cette étude, nous présentons la croissance d'un film monocouche MoS2 (disulfure de molybdène). Un film de Mo (molybdène) a été formé sur un substrat de saphir par évaporation par faisceau d'électrons, et un film triangulaire de MoS2 a été développé par sulfuration directe. Tout d'abord, la croissance de MoS2 a été observée au microscope optique. Le nombre de couches de MoS2 a été analysé par spectre Raman, microscope à force atomique (AFM) et spectroscopie de photoluminescence (PL). Différentes régions de substrat de saphir ont différentes conditions de croissance de MoS2. La croissance de MoS2 est optimisée en contrôlant la quantité et l'emplacement des précurseurs, en ajustant la température et le temps de croissance appropriés et en établissant une ventilation adéquate. Les résultats expérimentaux montrent la croissance réussie d'un MoS2 monocouche de grande surface sur un substrat de saphir par sulfuration directe dans un environnement approprié. L'épaisseur du film MoS2 déterminée par mesure AFM est d'environ 0,73 nm. La différence maximale entre le décalage de mesure Raman de 386 et 405 cm-1 est de 19,1 cm-1, et le pic de mesure PL est d'environ 677 nm, qui est converti en énergie de 1,83 eV, qui est la taille de l'écart d'énergie directe du film mince MoS2. Les résultats vérifient la distribution du nombre de couches développées. Sur la base de l'observation des images au microscope optique (OM), MoS2 se développe en continu à partir d'une seule couche de grains monocristallins triangulaires distribués discrètement en un film MoS2 monocouche de grande surface. Ce travail fournit une référence pour la croissance de MoS2 dans une grande zone. Nous prévoyons d'appliquer cette structure à diverses hétérojonctions, capteurs, cellules solaires et transistors à couches minces.

Le matériau en couches bidimensionnel MoS2 avec des couches d'épaisseur atomique est l'un des dichalcogénures de métaux de transition (TMD) les plus courants1,2,3,4 ; il a une bande interdite d'énergie indirecte de 1,2 eV dans le semi-conducteur MoS2 massif et une bande interdite d'énergie directe de 1,8 eV dans la monocouche MoS25,6,7,8,9. Les TMD monocouches ont un excellent rapport de commutation de courant (rapport de courant marche/arrêt) dans les transistors à effet de champ en raison de leur écart d'énergie directe10,11. Ces avantages ne peuvent être possédés que par des matériaux d'épaisseur atomique12. MoS2 est une structure en couches, qui a une bonne lubrification, une bonne résistance à la pression et une bonne résistance à l'usure. Il est principalement utilisé dans les lubrifiants solides ainsi que dans des conditions de corrosion à grande vitesse, à usage intensif, à haute température et chimiques13,14,15,16,17. Ce matériau a de nombreuses applications potentielles, telles que les transistors à effet de champ, les dispositifs électroniques, les diodes électroluminescentes, les capteurs, etc., en raison de ses excellentes propriétés optoélectroniques11,18,19,20,21,22,23,24,25. Ces dernières années, il a été découvert que le MoS2 possède des propriétés semi-conductrices et peut exister sous la forme d'une seule couche ou de quelques couches26. Par conséquent, les matériaux bidimensionnels sont largement discutés et étudiés par les scientifiques. De nombreuses méthodes, y compris l'exfoliation mécanique12,27,28,29,30, le thiomolybdate d'ammonium décomposé thermiquement31,32,33,34, la sulfuration de Mo/MoO335 et le dépôt chimique en phase vapeur (CVD)36,37,38,39,40,41,42, peuvent être utilisées pour synthétiser des films MoS2 continus. Ces méthodes sont capables de produire de nombreuses couches MoS2 de bonne qualité, cependant, la réalisation de films minces MoS2 de grande surface est difficile. La raison en est que le MoS2 a tendance à se transformer en structures de nanoparticules et de nanotubes, ce qui entraîne une production inefficace en synthèse homogène et des couches minces de MoS2 de grande surface, ce qui rend difficile le déploiement de la production pour les appareils électroniques. Par conséquent, la synthèse de couches minces MoS2 de grande surface a attiré beaucoup d'attention de la recherche.

La méthode de croissance de cette étude est la sulfuration directe à l'aide de molydène/oxyde de molybdène, également proposée par Lin et al.35 en 2012. Le procédé principal consiste à effectuer une réaction de sulfuration directe sur un substrat recouvert d'oxyde de molybdène pour obtenir un film mince de MoS2. Le trioxyde de molybdène (MoO3) d'environ 3,6 nm est plaqué sur un substrat de saphir et développé à travers deux étapes de chauffage. Dans la première étape, le temps de chauffage est d'une heure. L'échantillon est placé dans un tube de four à 500 °C et passé à travers un mélange gazeux Ar/H2 (Ar:H2 = 4:1) sous une pression contrôlée de 1 Torr pour convertir MoO3 en MoS2. L'équation de la réaction est la suivante :

Dans la deuxième étape, le temps de chauffage est de 30 min. La poudre de soufre est d'abord placée dans un tube, et le mélange gazeux Ar/H2 est introduit à 1000 °C. La pression est contrôlée à 600 Torr. Le MoO2 de la première étape réagit avec la vapeur de soufre à l'intérieur du tube pour former du MoS2. L'équation de la réaction est la suivante :

L'avantage de la sulfuration directe de l'oxyde de molybdène est qu'elle peut faire croître une grande surface de film MoS2 et est similaire à la décomposition thermique en deux étapes.

En 2014, Choudhary et al.43 ref ont proposé une synthèse à grande échelle de MoS2 sur un substrat Si/SiO2 en utilisant une méthode CVD par pulvérisation cathodique en deux étapes. La première étape consistait à déposer des couches minces de Mo sur le substrat par pulvérisation cathodique de Mo métallique. Dans la deuxième étape, un CVD à basse pression a été utilisé pour synthétiser MoS2. Le gaz argon a été utilisé pour transporter le soufre dans le réacteur, où il a réagi avec le film de Mo. Après recuit à une température élevée de 600 ° C et refroidissement ultérieur à température ambiante, les films Mo ont été convertis avec succès en films MoS2. Les résultats ont montré que cette méthode permettait efficacement la synthèse de MoS2 de grande surface à partir de films minces Mo, et l'épaisseur des films MoS2 synthétisés pouvait être modulée en faisant varier les temps de pulvérisation. Les études susmentionnées indiquent que des couches minces de MoS2 de grande surface peuvent être synthétisées à l'aide d'un processus CVD. Cela implique d'exposer un film mince contenant du Mo à de la poudre de soufre dans un environnement de gaz argon et de soumettre l'échantillon à des conditions de température élevée. Les résultats démontrent que cette approche peut produire des films minces de MoS2 avec une surface substantielle.

Dans cette étude, nous présentons la synthèse de couches minces de MoS2 par un procédé CVD. Nos résultats indiquent qu'un film mince Mo peut être converti en un film mince MoS2 en utilisant cette méthode. La cartographie Raman, l'AFM et les images de microscopie électronique à transmission haute résolution (HRTEM) ont confirmé la présence d'une monocouche sur la plaquette de saphir de 2 pouces. Par rapport aux films MoS2 développés sur des substrats Si, les mesures électriques de la croissance des substrats saphir ont révélé un comportement semi-conducteur de type p avec une mobilité électronique et un rapport marche-arrêt remarquablement élevés. Cette approche est compatible avec les processus semi-conducteurs conventionnels et peut être étendue à d'autres TMD et substrats arbitraires en transférant MoS2.

Un substrat en saphir poli double face d'une épaisseur de 300 nm a été utilisé pour la croissance de MoS2. Le substrat a été pré-revêtu d'un film de 5 Å MoO3 par dépôt par pulvérisation cathodique. Par la suite, une sulfuration directe a été réalisée à l'aide de poudre de soufre (S) d'une pureté de 99,98 %. Le but est d'éviter les résidus d'impuretés qui affectent le dépôt chimique en phase vapeur ou les impuretés de résidus monocristallins. Le tube de quartz et le creuset en céramique dans le tube du four à haute température (thermique tubulaire) sont nettoyés à l'eau régale. Les concentrations d'acide nitrique et d'acide chlorhydrique dans l'eau régale sont de 37% et 68–69%, respectivement, pour éviter que les impuretés de la croissance précédente ne restent dans le processus de nettoyage.

Le processus de cette étude est illustré à la Fig. 1, un substrat en saphir de 2 pouces avec 300 nm d'épaisseur pré-déposé 5 Å MoO3 a d'abord été préparé, coupé en quatre parties égales et nettoyé avec des vibrations ultrasonores dans l'acétone pendant 10 min pour éliminer les impuretés de surface et les taches d'huile et obtenir une surface propre. De l'eau déionisée a été utilisée pour éliminer le solvant organique-acétone sous vibration ultrasonique pendant 10 min. L'échantillon a été recueilli et un pistolet à azote à haute pression a été utilisé pour éliminer l'humidité à la surface du substrat. La sulfuration directe a été utilisée pour faire croître le MoS2. Le substrat a été placé dans des conditions de pression et de température spécifiques. Dans le système de tube de four, l'argon a été utilisé comme gaz porteur pour effectuer des réactions chimiques sur la surface du substrat par vulcanisation à la vapeur chaude pour générer des films de grande surface de haute qualité. L'application de la méthode de sulfuration directe dans la préparation de TMD monocouche a commencé avec la croissance de MoS2. Initialement, 500 sccm de gaz argon ont été introduits pour nettoyer l'intérieur du système. La cavité a été maintenue dans un environnement propre et l'excès de vapeur d'eau et d'oxygène dans le tube de quartz a été éliminé pendant 10 min. L'échantillon a été cultivé avec un débit d'argon de 400 sccm à une vitesse de chauffage de 30°C par minute. La température de croissance était de 750°C, qui a été maintenue pendant 5 min. Une fois la croissance terminée, le volume de gaz a été lentement réduit à - 40 sccm par minute pour réduire les dommages causés par le flux d'air au MoS2 nouvellement formé. Le couvercle a été ouvert une fois la température descendue à 400 °C. Après ouverture du couvercle, la température a été réduite à température ambiante et la structure MoS2 a été obtenue à des températures élevées. Un substrat de saphir de 1/4 de deux pouces avec 1,2 g de poudre de soufre (S) comme précurseur a été placé sur un creuset dans un tube de four. Le point de vaporisation de Mo est supérieur à 650 °C et le point de vaporisation de S est supérieur à 200 °C ; en tant que tel, Mo en phase gazeuse dans un environnement à haute température subira une réaction chimique pour produire un intermédiaire d'oxyde de molybdène (MoO3-x). L'intermédiaire d'oxyde de molybdène produit diffusera vers le substrat et réagira avec le soufre vaporisé pour former un film de MoS2. La distance entre le substrat et la couche de soufre est de 24 cm. Le MoS2 monocouche de grande surface peut être préparé efficacement par sulfuration directe. Cette méthode non seulement développe des matériaux monocristallins de haute qualité, mais prépare également un film uniformément réparti sur une grande surface, ce qui est bénéfique pour la fabrication ultérieure de composants optoélectroniques.

L'organigramme de cette étude, en commençant par la croissance du matériau, suivie de la mesure optique, et enfin la mesure et l'analyse des propriétés du matériau.

Au microscope optique, les types de croissance de MoS2 ont des distributions de forme différentes sur le substrat. La figure 2 montre le microscope optique (OM) de MoS2 cultivé sur le substrat de saphir. La figure 2a montre le substrat après la croissance réelle, où la flèche bleue indique la direction du flux de gaz argon pendant le CVD. Les positions b, c, d et e dans l'image présentent les distributions de croissance de différentes formes de MoS2 ; La figure 2b montre l'image OM à la position b de la figure 2a, dans laquelle nous avons trouvé une seule couche de MoS2 développée sur le substrat dans une grande surface, couvrant une plus grande surface et recouvrant presque complètement le substrat en saphir. La figure 2c montre l'image OM à la position c de la figure 2a, où la croissance du MoS2 monocouche n'est pas aussi bonne que celle de la position b, mais le MoS2 monocouche couvre une plus grande surface. La figure 2d montre l'image OM à la position d sur la figure 2a, dans laquelle la monocouche MoS2 se développe de manière irrégulière sur le substrat en saphir et a une distribution de forme irrégulière bleu clair, indiquant l'existence d'une monocouche MoS2. La figure 2e est l'image OM à la position e sur la figure 2a, où la zone grise est le substrat en saphir et la zone bleue dispersée est la zone où MoS2 se développe.

( a ) Image du substrat en saphir une fois la croissance MoS2 terminée, ( b – e ) Les images OM aux positions ( b – e ) correspondent aux positions indiquées sur le substrat en ( a ).

Nous avons analysé la croissance d'un film mince MoS2 monocouche. La figure 3 montre l'image SEM de la jonction entre le MoS2 de grande surface et le MoS2 diffusé cultivé sur le substrat de saphir. La taille de MoS2 dans la zone diffusée est d'environ 20 à 30 μm. Dans l'image OM, nous pouvons voir du MoS2 structuré en deux dimensions, uniforme, triangulaire ou en forme d'étoile (Fig. 4a). La figure 4b montre une image SEM MoS2 monocouche et entièrement triangulaire. En prenant un triangle comme exemple, la figure 4c montre l'image SEM d'un film mince MoS2 de grande surface.

Image SEM de la jonction entre la croissance MoS2 de grande surface et la croissance MoS2 dispersée sur un substrat de saphir.

( a ) OM et ( b ) image SEM de MoS2 développée par la méthode de sulfuration directe ( c ) images SEM de films minces MoS2 de grande surface dans une grande surface.

Nous avons effectué une mesure Raman sur l'échantillon de substrat de saphir cultivé avec MoS2. Un laser avec une longueur d'onde de 532 nm a été utilisé comme source de lumière d'excitation. L'axe X dans le spectre représente le décalage Raman et l'axe Y représente l'intensité Raman. La figure 5a montre la carte de mesure Raman du MoS2 diffusé dans la région e de l'image OM de MoS2 sur la figure 2a. Nous prenons les points noirs, rouges et bleus à l'intérieur pour mesurer la croissance sur une grande surface, comme le montre la figure 5b. La figure 5c montre la carte de mesure Raman du MoS2 de grande surface correspondant aux trois points noir, rouge et bleu de la figure 5b.

(a) Carte de mesure du spectre Raman d'une seule couche (b) Diagramme schématique des points de mesure du spectre Raman (c) Carte de mesure du spectre Raman de différentes zones sélectionnées (d) Image OM de la plage de cartographie Raman sélectionnée, (e) est le diagramme de cartographie Raman de A1g.

Le décalage Raman est compris entre 386,2 et 405,3 cm-1, et la valeur de la différence maximale (Δk) est d'environ 19,1 cm-1. Les résultats montrent que les régions de croissance à grande surface sont toutes des monocouches. La figure 5d montre l'image OM sélectionnée de la plage de cartographie Raman. La figure 5e présente l'image de cartographie Raman hors plan (A1g) de la figure 5d. Le substrat en saphir est identifié comme la partie verte. La distribution du MoS2 monocouche présente un profil relativement plat allant du vert clair au jaune, et évoluant vers le rouge orangé sur le graphique. La taille de cartographie de 50 μm × 50 μm montre une zone d'échantillonnage limitée, mais la distribution reste toujours plate. Ceci est en outre vérifié par la mesure Raman, qui démontre une distribution uniforme de MoS2 monocouche. Ces découvertes mettent en évidence le potentiel du MoS2 en tant que matériau approprié pour la production de dispositifs semi-conducteurs.

L'épaisseur du film mince de MoS2 a été déterminée par mesure AFM. Les résultats de la morphologie de surface et du profil de hauteur sont présentés sur les figures 6a, b, respectivement. Sur la figure 6a, la surface du substrat en saphir et du MoS2 est clairement visible. La figure 6b montre que l'épaisseur du MoS2 développé sur le substrat en saphir est de 0,72 nm à partir du profil de hauteur de la ligne de coupe transversale de la figure 6a. Ce résultat indique la synthèse réussie d'une structure MoS2 monocouche. Sur la figure 6b, il n'y a pas de différence substantielle de hauteur de profil entre les couches de MoS2 ou entre la couche de MoS2 et la surface du saphir. La rugosité moyenne des films MoS2, telle que mesurée par AFM, varie de 0,55 à 2,35 nm. Il est important de noter que les images AFM représentent les distances moyennes des atomes sur la surface de l'échantillon, plutôt que les atomes individuels eux-mêmes. Sur la figure 6c, la carte topographique de surface de 30 μm × 30 μm de MoS2 affiche une distribution relativement uniforme des molécules, comme indiqué par la barre de couleur. Cependant, une légère asymétrie de distribution est également observée, suggérant que la surface de MoS2 a un état relativement lisse.

Image AFM de MoS2, (a) est la morphologie de surface du substrat de saphir et de MoS2, (b) est le résultat du profil de hauteur de (a) la section transversale, (c) est la morphologie de surface du MoS2 de grande surface.

La figure 7 montre le spectre d'émission PL de MoS2. Dans la mesure, la bande de 532 nm a été utilisée comme source de lumière d'excitation laser. Le spectre se compose de deux pics, correspondant aux excitons A1 et B1 à 677 et 627 nm, respectivement. Les deux excitons ont une transition excitonique directe à partir de la séparation d'énergie de couplage spin-orbitale de la bande de valence44. La transition excitonique directe des deux résonances est le point K dans la zone de Brillouin. En général, le pic de luminescence MoS2 est d'environ 67 nm et l'énergie convertie est de 1,86 eV, ce qui correspond à la taille de la bande interdite d'énergie directe du film MoS2. Sur la base des données ci-dessus, le MoS2 développé a une structure monocouche.

Résultats de mesure PL de la monocouche MoS2, la bande de luminescence est à 677 nm et l'énergie de conversion est de 1,83 eV.

En 2017, Zhu et al. ont signalé la présence de deux types de centres de graines dans le mécanisme de croissance de MoS2, à savoir : (1) des nanoparticules ou des nanocristaux de molybdène-oxysulfure (MoOxS2-y) pour la croissance de MoS2 multicouche et (2) deux principaux polygones irréguliers terminés par un bord pour la croissance de MoS2 monocouche, le bord S-Mo Klein et le bord Mo en zigzag, qui apparaissent à peu près en quantités égales45. La morphologie évolue alors vers une forme presque triangulaire avec des bords sinueux prédominants en Mo. En utilisant un système CVD pour développer MoS2, l'impact du débit de gaz sur la croissance de MoS2 peut être étudié. Le débit d'Ar a varié entre 200 et 500 sccm. Les résultats montrent qu'un débit plus rapide produisait principalement des couches uniques, tandis qu'un débit plus lent produisait plus de couches. Lorsque le taux de dépôt dépasse le taux de croissance de MoS2, une croissance à dominante S se produit, qui est le mécanisme de croissance de la monocouche MoS2. Inversement, lorsque le taux de dépôt est plus lent que le taux de croissance de MoS2, la croissance dominante est l'oxysulfure de molybdène, qui est le mécanisme de croissance de la couche minoritaire de MoS2.

En 2018, Zhou et al. ont étudié plus en détail les germes cristallins responsables des deux mécanismes de croissance et l'impact de la température, en plus du débit de gaz, sur la vitesse de dépôt46. Les résultats expérimentaux de l'étude ont révélé que la température avec un point de nucléation central jouait un rôle important dans la formation des germes cristallins.

Dans le même temps, Taheri et al. ont montré qu'un mécanisme en trois étapes était proposé pour la croissance de MoS247. La première étape implique l'évaporation de MoO3, qui peut être facilitée par la présence de soufre. Cela peut entraîner la réduction partielle de MoO3 pour former MoS2 ou la création d'oxysulfure de molybdène, qui sont tous deux de nature volatile. L'oxyde de molybdène évaporé diffuse ensuite vers des régions du substrat avec des concentrations de molybdène plus faibles, en raison de la différence de potentiel chimique. Les résultats expérimentaux de Taheri et al. ont révélé que dans les conditions utilisées dans leur étude, les longueurs de diffusion peuvent atteindre des valeurs de l'ordre des dizaines de micromètres. Ce processus joue un rôle dans l'atténuation des changements morphologiques locaux à l'échelle nanométrique dans les films précurseurs de MoO3. En d'autres termes, le film précurseur se développe uniformément sur le substrat en tant que source locale de molybdène, mais ne dicte pas la morphologie finale du MoS2 final. La deuxième étape implique la sulfuration pour produire du MoS2 par des processus tels que la substitution du soufre, la réorganisation du réseau et la redistribution des matériaux. Cela conduit à la formation uniforme de triangles monocristallins de MoS2 à travers le substrat. La troisième étape implique la croissance et la fusion de ces triangles pour former du MoS2 continu. Au cours de cette étape, les nanoparticules de MoS2 s'évaporent et se redéposent le long des bords des triangles discrets. La haute densité de triangles et la longue longueur de diffusion permettent une fusion facile des triangles, ce qui entraîne le remplissage de tous les espaces et la formation de triangles continus avec un minimum de prolifération et de vides. Pendant ce temps, les nanoparticules subissent une évaporation et ne sont pas consommées. Contrairement au processus de croissance de CVD, il n'y a pas de sites de nucléation spécifiques qui provoquent des changements morphologiques dans MoS2. Au lieu de cela, le processus de diffusion de vapeur et de nucléation sous sulfuration se produit uniformément et localement à l'échelle microscopique sur l'ensemble du substrat, ce qui entraîne une couverture continue de MoS2. Un aspect unique du processus de synthèse est l'arrêt du flux de gaz porteur pendant l'étape de refroidissement. Bien que MoS2 ait une température de fusion de 1185 °C, sa pression de vapeur est faible mais non négligeable à des températures supérieures à 700 °C. En arrêtant l'écoulement du gaz porteur, la vapeur de MoS2 piégée reste en équilibre avec les cristaux de MoS2 développés sur le substrat pendant une période plus longue, empêchant ainsi une évaporation supplémentaire du film. Des expériences contrôlées menées par Taheri et al. ont montré qu'une rétention partielle de MoS2 était obtenue après un recuit à 700 °C pendant 30 min en présence de soufre. À l'inverse, un flux d'air continu pendant le refroidissement entraînera une évaporation lente du MoS2, entraînant sa perte progressive et entraînant la formation d'îlots triangulaires discrets. Cela a été confirmé par l'expérience où l'évaporation complète de MoS2 a été observée après seulement 5 min de recuit à 650 ° C en présence d'un flux d'azote. Ces résultats confirment fortement le rôle de la vapeur de soufre dans la croissance de MoS2 continu. Selon le sens d'écoulement du gaz Argon, la croissance de MoS2 progresse d'une grande zone de couverture à une plus petite, de la fragmentation à la croissance sur de grandes surfaces. En évitant la croissance à basse pression, le processus dans un environnement à basse pression minimise les réactions inutiles en phase gazeuse, qui peuvent conduire à une distribution inégale des atomes de soufre gazéifiés. Les différences de concentration d'atomes de soufre qui en résultent peuvent entraîner des changements dans la morphologie du MoS2, passant de la fragmentation à une distribution plus uniforme sur une grande surface.

La mesure par spectroscopie Raman a montré que le MoS2 développé présente les caractéristiques d'une monocouche. La cartographie Raman est la meilleure méthode pour analyser le nombre de couches48,49,50. Les résultats de l'analyse spectrale PL ont indiqué que la distribution de la monocouche MoS2 développée est uniforme, comme le démontrent les diagrammes de cartographie obtenus avec le pic de lumière d'excitation à 627 nm ou 677 nm. L'épaisseur du substrat de saphir avec croissance périodique de MoS2 a été analysée à l'aide de l'AFM. La zone sélectionnée a été confirmée comme étant une seule couche, conformément aux résultats obtenus à partir de l'analyse par spectroscopie Raman et PL.

La recherche peut être divisée en deux parties. Dans la première partie, nous nous référons à la littérature pertinente et développons avec succès du MoS2 de grande surface dans certaines zones du substrat de saphir en modifiant les paramètres par sulfuration directe. Le film mince monocouche surmonte avec succès les limites de la croissance d'un film mince MoS2 monocouche de grande surface lors du dépôt chimique en phase vapeur. En plus d'ajuster les paramètres, la méthode permet d'obtenir un film mince continu d'environ 500 μm × 500 μm. La deuxième partie est l'analyse des résultats de la spectroscopie Raman, de la spectroscopie de photoluminescence, de la microscopie à force atomique et de la microscopie électronique à balayage. Le film MoS2 de grande surface est composé de MoS2 triangulaire dispersé. Le film MoS2 développé a des monocouches. En résumé, des couches modulées souhaitables avec une grande surface de MoS2 peuvent être obtenues par des techniques de croissance utilisant des métaux de transition sulfurés pré-déposés par dépôt séquentiel de métaux de transition et sulfuration directe.

Les travaux futurs devraient développer des couches minces de MoS2 monocouche de grande surface par sulfuration directe afin de développer des couches minces de MoS2 pour les transistors à effet de champ. Dans le passé, les semi-conducteurs utilisaient des matériaux tridimensionnels, et les propriétés physiques et les structures des dispositifs étaient développées jusqu'au nœud 3 nm. La présente recherche a utilisé des matériaux bidimensionnels, d'une épaisseur inférieure à 1 nm (1 à 3 couches d'épaisseur atomique), ce qui est plus proche de la limite de l'épaisseur des matériaux semi-conducteurs solides. Le disulfure monocouche a un écart d'énergie direct, ce qui le rend approprié pour une application aux cellules solaires. Des travaux antérieurs utilisaient également cette caractéristique pour fabriquer des cellules solaires avec des matériaux de type p, mais de nombreuses études sont limitées par la taille des films MoS2. La présente étude contribue aux connaissances sur la croissance à grande échelle pour surmonter les problèmes existants et améliorer les performances d'efficacité de la production d'électricité.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Cette recherche a été soutenue par le Conseil national des sciences et de la technologie de la République de Chine dans le cadre des subventions NSTC 111-2221-E-194-007. Ce travail a été soutenu financièrement/partiellement par le projet de recherche Kaohsiung Armed Forces General Hospital KAFGH_D_112032 à Taiwan.

Division de gastroentérologie, Département de médecine interne, Hôpital général des forces armées de Kaohsiung, 2, Zhongzheng 1st.Rd., Lingya District, Kaohsiung City, 80284, Taïwan

Kai-Yao Yang & Chien-Wei Huang

Département de génie mécanique, Université nationale Chung Cheng, 168, University Rd., Min Hsiung, Chia Yi, 62102, Taïwan

Hong-Thai Nguyen, Yu-Ming Tsao et Hsiang-Chen Wang

Institut Nikolaev de chimie inorganique, branche sibérienne de l'Académie russe des sciences, Novosibirsk, Russie, 630090

Sofya B. Artemkina & Vladimir E. Fedorov

Département des sciences naturelles, Université d'État de Novossibirsk, 1, rue Pirogova, Novossibirsk, Russie, 630090

Sofya B. Artemkina & Vladimir E. Fedorov

Département des sciences infirmières, Université Tajen, 20, chemin Weixin, canton de Yanpu, 90741, comté de Pingtung, Taïwan

Chien-Wei Huang

Directeur du développement technologique, Hitspectra Intelligent Technology Co., Ltd., 4F., No. 2, Fuxing 4th Rd., Qianzhen Dist., Kaohsiung City, 80661, Taïwan

Hsiang-Chen Wang

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Correspondance à Chien-Wei Huang ou Hsiang-Chen Wang.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Yang, KY., Nguyen, HT., Tsao, YM. et coll. Croissance de couches minces de MoS2 sur une grande surface par sulfuration directe. Sci Rep 13, 8378 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35596-5

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Reçu : 11 mars 2023

Accepté : 20 mai 2023

Publié: 24 mai 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-35596-5

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