【摘 要】
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过渡金属硫属化物半导体材料作为二维原子晶体家族的重要成员,是构筑新型光电子学器件的理想材料.如何获得晶圆级高质量单层硫化物薄膜是推动其实际产业化应用的基础,本报告将介绍我们组最近在二硫化钼(MoS2)的可控生长方面的研究进展.我们利用三温区化学气相沉积系统,在SiO2 衬底上生长了厘米量级的单层多晶MoS2 连续膜.晶粒尺寸最大为600 nm,器件的开关比106,迁移率由于受到晶界的影响约为10
【机 构】
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中国科学院物理研究所纳米物理与器件实验室,北京,100190
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过渡金属硫属化物半导体材料作为二维原子晶体家族的重要成员,是构筑新型光电子学器件的理想材料.如何获得晶圆级高质量单层硫化物薄膜是推动其实际产业化应用的基础,本报告将介绍我们组最近在二硫化钼(MoS2)的可控生长方面的研究进展.我们利用三温区化学气相沉积系统,在SiO2 衬底上生长了厘米量级的单层多晶MoS2 连续膜.晶粒尺寸最大为600 nm,器件的开关比106,迁移率由于受到晶界的影响约为10 cm2/Vs.为了提高MoS2 薄膜的质量,我们利用蓝宝石衬底实现了晶粒尺寸为10 μm 的单层MoS2 连续膜的范德瓦尔斯外延生长.由于受到衬底调制作用,连续膜仅由两种取向的晶粒组成(与衬底形成30o或者-30o转角),因此其晶界主要是孪晶界.转移到SiO2上的器件最高迁移率为30 cm2/Vs,开关比>106,说明外延生长的准单晶薄膜具有较高的质量.进一步的,我们引入了氧气辅助的化学气相沉积生长模式,实现了大尺寸单晶单层MoS2 的可控生长.氧气不仅能够降低形核密度,减小硫空位缺陷,还能有效的阻止三氧化钼源中毒,实现生长速度的长时间稳定可控.这种方法得到的三角形单层MoS2 单晶边长最大可到～350 微米,转移到SiO2 上的器件迁移率可以达到～90 cm2/Vs,开关比>107,是目前已报道结果中质量最好的.此外,我们还通过外延生长得到了AA 和AB 完美堆垛的MoS2/WS2 范德瓦尔斯异质结.不同于转移方法得到的异质结结构,外延生长的样品具有原子级平整的干净界面和强的层间耦合作用,可用于提高新型光电器件、太阳能电池、光催化器件等的性能.
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