Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tổng hợp MoS2 quy mô lớn cho các ứng dụng điện tử và năng lượng
Tóm tắt
Molybdenum disulfide (MoS2) lớp mỏng đã thu hút nhiều sự chú ý nhờ vào các đặc tính độc đáo của nó. Tuy nhiên, việc tổng hợp màng mỏng có diện tích lớn với chất lượng tinh thể cao và đồng nhất vẫn là một thách thức. Nghiên cứu hiện tại khám phá các phương pháp phát triển MoS2 quy mô lớn, cụ thể là phương pháp hai bước gồm phun bắn-vật lý hóa hơi và phương pháp phun bắn trực tiếp, và áp dụng chúng để chế tạo transistor hiệu ứng trường và siêu tụ điện, tương ứng. Các màng MoS2 được điều chế bằng phương pháp hai bước thể hiện tính di động cao của hiệu ứng trường [∼12,24 cm2/(V s)] và tỷ số dòng điện on/off (∼106). Việc phun bắn MoS2 trực tiếp đã chứng tỏ hiệu suất điện hóa xuất sắc với dung lượng cao (∼30 mF/cm2) và độ ổn định chu kỳ lên tới 5000 chu kỳ. Các phương pháp phát triển MoS2 quy mô lớn với độ đồng nhất cao được báo cáo ở đây có thể kích thích sự phát triển của nhiều công nghệ quan trọng trong các vật liệu hai chiều.
Từ khóa
#MoS2 #tổng hợp #điện tử #siêu tụ điện #vật liệu hai chiều #hiệu ứng trường #phun bắnTài liệu tham khảo
D.J. Late, C.S. Rout, D. Chakravarty, and S. Ratha: Emerging energy applications of two-dimensional layered materials. Can. Chem. Trans. 3, 118 (2015).
J. Park, B. Jaeckel, and B. Parkinson: Fabrication and investigation of nanostructures on transition metal dichalcogenide surfaces using a scanning tunneling microscope. Langmuir 22, 5334 (2006).
M. Chhowalla, H.S. Shin, G. Eda, L. Li, K.P. Loh, and H. Zhang: The chemistry of two-dimensional layered transition metal dichalcogenide nanosheets. Nat. Chem. 5, 263 (2013).
R. Ganatra and Q. Zhang: Few-layer MoS2: A promising layered semiconductor. ACS Nano 8, 4074 (2014).
S.Z. Butler, S.M. Hollen, L. Cao, Y. Cui, J.A. Gupta, H.R. Gutiérrez, T.F. Heinz, S.S. Hong, J. Huang, and A.F. Ismach: Progress, challenges, and opportunities in two-dimensional materials beyond graphene. ACS Nano 7, 2898 (2013).
B. Radisavljevic, A. Radenovic, J. Brivio, V. Giacometti, and A. Kis: Single-layer MoS2 transistors. Nat. Nanotechnol. 6, 147 (2011).
O. Lopez-Sanchez, D. Lembke, M. Kayci, A. Radenovic, and A. Kis: Ultrasensitive photodetectors based on monolayer MoS2. Nat. Nanotechnol. 8, 497 (2013).
P. Vabbina, N. Choudhary, A. Chowdhury, R. Sinha, M. Karabiyik, S. Das, W. Choi, and N. Pala: Highly sensitive wide bandwidth photodetector based on internal photoemission in CVD grown p-type MoS2/graphene Schottky junction. ACS Appl. Mater. Interfaces 7, 15206 (2015).
Q.H. Wang, K. Kalantar-Zadeh, A. Kis, J.N. Coleman, and M.S. Strano: Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides. Nat. Nanotechnol. 7, 699 (2012).
H. Wang, Z. Lu, S. Xu, D. Kong, J.J. Cha, G. Zheng, P.C. Hsu, K. Yan, D. Bradshaw, F.B. Prinz, and Y. Cui: Electrochemical tuning of vertically aligned MoS2 nanofilms and its application in improving hydrogen evolution reaction. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 110, 19701 (2013).
V. Nicolosi, M. Chhowalla, M.G. Kanatzidis, M.S. Strano, and J.N. Coleman: Liquid exfoliation of layered materials. Science 340, 1226419 (2013).
S. Das, M. Kim, J. Lee, and W. Choi: Synthesis, properties, and applications of 2-D materials: A comprehensive review. Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 39, 231 (2014).
K.S. Novoselov, D. Jiang, F. Schedin, T.J. Booth, V.V. Khotkevich, S.V. Morozov, and A.K. Geim: Two-dimensional atomic crystals. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 102, 10451 (2005).
A.M. van der Zande, P.Y. Huang, D.A. Chenet, T.C. Berkelbach, Y. You, G-H. Lee, T.F. Heinz, D.R. Reichman, D.A. Muller, and J.C. Hone: Grains and grain boundaries in highly crystalline monolayer molybdenum disulphide. Nat. Mater. 12, 554 (2013).
N. Choudhary, D. Kharat, and D. Kaur: Structural, electrical and mechanical properties of magnetron sputtered NiTi/PZT/TiOx thin film heterostructures. Surf. Coat. Technol. 205, 3387 (2011).
R. Bromley: The lattice vibrations of the MoS2 structure. Philos. Mag. 23, 1417 (1971).
K.F. Mak, C. Lee, J. Hone, J. Shan, and T.F. Heinz: Atomically thin MoS2: A new direct-gap semiconductor. Phys. Rev. Lett. 105, 136805 (2010).
J. Park, N. Choudhary, J. Smith, G. Lee, M. Kim, and W. Choi: Thickness modulated MoS2 grown by chemical vapor deposition for transparent and flexible electronic devices. Appl. Phys. Lett. 106, 012104 (2015).
C. Yim, M. O’Brien, N. McEvoy, S. Winters, I. Mirza, J.G. Lunney, and G.S. Duesberg: Investigation of the optical properties of MoS2 thin films using spectroscopic ellipsometry. Appl. Phys. Lett. 104, 103114 (2014).
J. Yoon, W. Park, G. Bae, Y. Kim, H.S. Jang, Y. Hyun, S.K. Lim, Y.H. Kahng, W. Hong, and B.H. Lee: Highly flexible and transparent multilayer MoS2 transistors with graphene electrodes. Small 9, 3295 (2013).
X.L. Li and Y.D. Li: Formation of MoS2 inorganic fullerenes (IFs) by the reaction of MoO3 nanobelts and S. Chem. — Eur. J. 9, 2726 (2003).
Y. Zhan, Z. Liu, S. Najmaei, P.M. Ajayan, and J. Lou: Large-area vapor-phase growth and characterization of MoS2 atomic layers on a SiO2 substrate. Small 8, 966 (2012).
N. Choudhary, J. Park, J.Y. Hwang, and W. Choi: Growth of large-scale and thickness-modulated MoS2 nanosheets. ACS Appl. Mater. Interfaces 6, 21215 (2014).
Z. Zeng, Z. Yin, X. Huang, H. Li, Q. He, G. Lu, F. Boey, and H. Zhang: Single-layer semiconducting nanosheets: High-yield preparation and device fabrication. Angew. Chem., Int. Ed. 50, 11093 (2011).
Y. Yang, H. Fei, G. Ruan, C. Xiang, and J.M. Tour: Edge-oriented MoS2 nanoporous films as flexible electrodes for hydrogen evolution reactions and supercapacitor devices. Adv. Mater. 26, 8163 (2014).
R. Christy: Sputtered MoS2 lubricant coating improvements. Thin Solid Films 73, 299 (1980).
C. Muratore, J. Hu, B. Wang, M. Haque, J. Bultman, M. Jespersen, P. Shamberger, M. McConney, R. Naguy, and A. Voevodin: Continuous ultra-thin MoS2 films grown by low-temperature physical vapor deposition. Appl. Phys. Lett. 104, 261604 (2014).
T. Alam, B. Wang, R. Pulavarthy, M. Haque, C. Muratore, N. Glavin, A.K. Roy, and A.A. Voevodin: Domain engineering of physical vapor deposited two-dimensional materials. Appl. Phys. Lett. 105, 213110 (2014).
Y. Yu, C. Li, Y. Liu, L. Su, Y. Zhang, and L. Cao: Controlled scalable synthesis of uniform, high-quality monolayer and few-layer MoS2 films. Sci. Rep. 3, 1866 (2013).
P. Bertrand: Orientation of rf-sputter-deposited MoS2 films. J. Mater. Res. 4, 180 (1989).
J.M. Soon and K.P. Loh: Electrochemical double-layer capacitance of MoS2 nanowall films. Electrochem. Solid-State Lett. 10, A250 (2007).
N. Choudhary, M. Patel, Y. Ho, N.B. Dahotre, W. Lee, J.Y. Hwang, and W. Choi: Directly deposited MoS2 thin film electrodes for high performance supercapacitors. J. Mater. Chem. A 3, 24049 (2015).