سنتز لایه های اتمی MoS2 دو بعدی در مقیاس بزرگ با روش رسوب دهی شیمیایی بخار
چکیده
به عنوان یکی از دی کالگونیدهای فلزات واسطه 2 بعدی، مولیبدنیوم دی سولفید نازک اتمی (MoS2) در کاربردهای میکرو و نانوالکترونیک، توجه تحقیق را به خود جلب کرده است. در این راستا تلاشهایی در جهت توسعه شیوه های مختلف دستیابی به MoS2 لایه اتمی صورت گرفته است که از این جمله می توان به پوسته پوسته شدن، سنتز شیمیایی و فرایندهای رسوب دهی فیزیکی یا شیمیایی بخار (CVD) اشاره نمود. در این مقاله، رشد CVD بدون هیدروژن و بدون پرومتر برای سنتز لایه های اتمی MoS2 در مقیاس بزرگ را گزارش می کنیم. از تکنیک های گوناگونی مثل میکروسکوپی نوری (OM)، میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM)، نگاشت فوتولومینسانس (PL)، طیف بینی فوتوالکترونی اشعه x و رامان (XPS)، میکروسکوپی الکترونی با وضوح بالا (HREM) ، و میکروسکوپی الکترون روبشی عبوری (STEM) برای توصیف کیفیت فیلم، یکنواختی و تعداد لایه استفاده گردید. لایه های اتمی MoS2 در اندازه سانتی متر با کیفیت بالا شرح داده شدند، آنها بنیانی برای توسعه پلتفرم ماده ای در اندازه ویفر برای ساخت و تولید وسیله تشکیل می دهند.
1. مقدمه
MoS2 نازک اتمی، به عنوان یکی از نمونه های اولیه دی کالگونیدهای فلزات واسطه (TMD)، در کاربردهای الکترونیک کم توان و اپتوالکترونیک، خصوصیات مواد مطلوبی به نمایش گذاشته است. این خصوصیات عبارتنداز: انرژی شکاف باند مستقیم بزرگ برای تک لایه ها، تحرک پذیری بالای حامل، نسبت آن/ آف عالی جریان، مقاومت مکانیکی بالا، و انعطاف پذیری. تلاشهای تحقیقاتی و پژوهشهای قابل ملاحظه ای انگیزه توسعه تکنیک هایی برای تولید لایه های اتمی MoS2 را فراهم آورده است. از جمله این تکنیک ها می توان به فرایندهای پوسته پوسته شدن، رسوب دهی فیزیکی بخار (PVD)، و رسوب دهی شیمیایی بخار (CVD) اشاره نمود. به طور مثال، سولفوریزاسیون مستقیم فیلم نازک مولیبدنیوم از پیش رسوب داده یا پودر تری اکسید مولیبدنیوم (MoO3) با پرومترهای گرافنی شکل، گزارش گردید و اشکال کریستال MoS2 تحت شرایط مختلف رشد مورد پژوهش قرار گرفت. در اینجا فرایند حرارتی دو مرحله ای برای تبدیل MoO3 به با آنیلینگ هیدروژن و سولفوریزاسیون شرح داده شده است. شیوه CVD خود محدود کننده برای رشد فیلم های MoS2 با تعداد لایه دقیقاً کنترل شده در دامنه سانتی متر، نیز با سولفوریزاسیون MoCl5 توسعه یافت. و شیوه کنترل لایه دیگر برای فیلم MoS2 با مساحت بزرگ از طریق اصلاح و بهسازی سطح سوبسترا (زیرلایه) با پلاسما اکسیژن پیشنهاد گردید. فرایند استفاده از مگنترون اسپاترینگ نیز برای رشد فیلم های MoS2 با اسپاترینگ (کندو پاش) هدف فلز Mo در دماهای بالای اتمی محیط سولفور بخار شده (4700 °C) توسعه یافت. در مجموع، هدف این فرایندها، رشد فیلم MoS2 با مساحت بزرگ و کیفیت بالا است، که برای تولید وسایل عملی در مقیاس بزرگ به آن نیاز می باشد.
abstract
As one of the two-dimensional (2-D) transition metal dichalcogenides, atomically thin molybdenum disulfide (MoS2) has attracted significant attention and research interests for micro and nanoelectronic applications. Significant efforts have been made to develop different approaches in order to obtain atomic layer MoS2, such as exfoliation, chemical synthesis, and physical or chemical vapor deposition (CVD) processes. In this paper, we report a hydrogen-free and promoter-free CVD growth to synthesize large-area MoS2 atomic layers. A variety of techniques including optical microscopy (OM), atomic force microscopy (AFM), photoluminescence (PL) mapping, Raman and x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), high resolution electron microscopy (HREM) and scanning transmission electron microscopy (STEM) were applied to characterize the film quality, uniformity and layer numbers. High quality centimeter-sized MoS2 atomic layers were demonstrated, which form a foundation to develop wafer-sized material platform for device fabrication and production.
1. Introduction
Atomically thin MoS2, as one of the prototypes of 2-D transition metal dichalcogenides (TMDs), has demonstrated desirable material properties for low power electronics and optoelectronic applications. These properties include large direct bandgap energy for monolayers [1,2], high carrier mobility [3], excellent current on/off ratio [4], high mechanical strength [5] and flexibility [6], etc. Considerable research efforts and investigation have been motivated to develop techniques to produce MoS2 atomic layers. These techniques include various exfoliation processes [7–10], physical vapor deposition (PVD) [11–13], and chemical vapor deposition (CVD). For example, direct sulfurization of pre-deposited molybdenum thin film [14] or molybdenum trioxide (MoO3) powder with graphene-like promoters [15] were reported, with MoS2 crystal shapes investigated under different growth conditions [16]. A two-step thermal process [17] to convert MoO3 to MoS2 by hydrogen annealing and sulfurization have been demonstrated. A self-limiting CVD approach [18] to grow MoS2 films with layer numbers precisely controlled over an area of centimeters was also developed by sulfurization of MoCl5. And another layer control approach for large-area MoS2 film was proposed by treatment of the substrate surface with oxygen plasma [19]. Process using magnetron sputtering [20] was also developed to grow MoS2 films by sputtering Mo metal target in vaporized sulfur ambient atomic high temperatures (4700 °C). In summary, the goal of all these processes is to grow high quality large-area MoS2 film, which is required for large-scale production of practical devices.
چکیده
1. مقدمه
2. آزمایش
3. نتایج و بحث
4. خلاصه
Abstract
1. Introduction
2. Experimental
3. Results and discussion
4. Summary
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه