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清华开发“熔化-重凝”新方法,成功获得高均匀二维TMDC

2024-01-16 17:22:36 综合报道 阅读:
清华大学的研究团队开发了一种采用“熔化-重凝”的硫单质前驱体的化学气相沉积方法,通过提高硫族元素供应的稳定性,实现了高质量和高均匀性的TMDC生长···

以过渡金属硫族化合物(TMDC)为代表的二维半导体具有原子级的厚度、独特的能带结构和优异的电学光学性质,在电子、光电子器件领域备受瞩目。使用化学气相沉积法可以制备出大尺寸单晶二维TMDC,但所得材料通常具有数量较多且不均匀分布的晶格缺陷(硫空位),影响了二维TMDC的电学和光学性质。m5hednc

近日,清华大学的研究团队开发了一种采用“熔化-重凝”的硫单质前驱体(即重凝硫前驱体)的化学气相沉积方法,通过提高硫族元素(硫,硒)供应的稳定性,实现了高质量和高均匀性的TMDC生长。相关研究成果近期以“用于生长高质量二维半导体的重凝硫前驱体”(Resolidified Chalcogen Precursors for High-Quality 2D Semiconductor Growth)为题,发表在《德国应用化学》杂志上。m5hednc

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采用重凝硫前驱体生长二维TMDCm5hednc

想要减少生长过程中硫空位的形成,优化硫源供给是关键。在传统化学气相沉积法中,硫族元素单质粉末被广泛使用,但在生长过程中易出现硫源供给浓度不均匀、不稳定等问题,最终导致材料在生长过程中产生大量局域分布的硫空位。m5hednc

而该研究团队开发的硫族前体预熔化和再凝固方法,与传统方法相比所生长出的单层WS2表现出均匀的荧光强度,低温下测得该类样品具有极窄的光致发光峰(13.6 ± 1.9 meV),缺陷峰强度明显低于传统样品,本征发光更强,具有较高的光学和结构质量。m5hednc

与此同时,研究人员还采用球差校正扫描透射电子显微镜在原子尺度统计了WS2的缺陷密度,结果表明采用重凝硫前驱体生长的单层WS2具有高结晶质量和高均匀性(边缘区域和中间区域缺陷密度相近,约为1×1013cm2),进一步证明了重凝硫前驱体的有效性。m5hednc

据悉,该方法除了适用于WS2,还可推广到其他二维TMDC的制备中,如MoS2、WSe2和MoSe2。该研究为高质量、高均匀性的二维半导体材料可控制备提供了有效手段,有利于推动二维半导体在电子学及光电子学等方面的应用。 m5hednc

责编:Ricardo
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