当前,随着石墨烯诞生以来的,二维材料的研究十分火爆。二维过渡金属硫化物( transition-metal dichalcogenides,缩写为TMD(求别想歪!!)),其结构式一般为MX2 ,M为Mo,W ,X 为S,Se)作为一种新型的原子级平整的半导体材料。被认为有望构建,低功率、快速响应、甚至柔性的光电器件。但是这些应用中,一般需要构建出两种或多种二维半导体的异质界面。这种界面构建一般有两种方式:
纵向堆垛,即堆积木式垂直方向堆叠;
侧向边界外延,即先生长一个二维纳米片,在片的边界中在进行另一种物质的生长。在这种侧向结构中,不同纳米片的边界构建了平面内的原子级异质界面。
其中,侧向的外延异质结构尤其吸引人,因为它在平面内可以构筑原子级厚度的p-n结,在发光二极管,太阳能电池以及芯片技术中前景诱人。但是,侧向异质结构的获得却一直很困难。人们一般通过多步骤以及多个前躯体等繁琐步骤获得侧向异质结构,但是效率相对低下。
而来自美国University of South Florida的Humberto R. Gutiérrez团队在1月4日的Nature上发文,报道了一锅法合成侧向二维异质结构的研究。
这种神奇的一锅法如何实现?答案是大家耳熟能详的化学气相沉积(CVD),作者利用MoS2 , WS2的两种化学前躯体,加热挥发、分解后,通过载气带入管式炉,管式炉放上衬底,在一定温度与压力下即可将气相产物沉积到衬底上。作者发现,通过简单的载气切换,即可以在衬底上得到不同的结构!
以小编的烧炉子经验来看,这方法简单地不可思议!
为何如此?作者认为,秘密就在载气与粉末TMD前躯体发生化学反应。在沉积时通过改变载气的还原性,从而使得气相氧化物的还原速度产生差异,从而实现选择性的沉积。MX2(M为Mo,W ,X 为S,Se)化合物,分解温度较高。但高温有水蒸汽存在时,会促进Mo和W高度挥发性的物质产生,如氢氧化物和氧化物等。但,相同条件下,Mo的氧化物更容易挥发,传输到衬底上,与H2X进行反应生成MoX2.而当载气切换成还原性的Ar+氢气时,气相中的Mo物种却很快与氢气发生反应消耗掉,而WOx的较慢的被还原速度,使得以在衬底单独沉积。
基于此窍门,作者进一步合成普通该方法难以合成的有序分离的三元TMD合金。
https://www.nature.com/articles/d41586-017-08755-8#ref-CR5
Sahoo, P. K., Memaran, S., Xin, Y., Balicas, L. & Gutiérrez, H. R. Nature 553, 63-67 (2018).
联系客服