通過CVD方法生長出高度結晶的多層二硫化鉬(MoS2)薄片(圖文介紹)
具有本征帶隙的二維MoS2由于其在電子和光電子器件方面的潛力而引起了科研學著關注。 但是，由于這種材料的遷移率相對較低（甚至低于多晶硅），這大大地阻礙了其邁向實際應用。目前已經有一系列針對單層MoS2的研究，但是與此同時多層MoS2的研究相應的有所缺失。然而實際上，由于具有較高的態密度，多層MoS2具有比單層MoS2高得多的遷移率和驅動電流，這使得多層MoS2在薄膜晶體管、邏輯器件和傳感器等方面更具應用前景。 然而，到目前為止報道的多層MoS2的**性能是通過機械剝離獲得的，這并不適合實際應用，而目前化學氣相沉積（CVD）合成的多晶多層MoS2薄膜，顯示出低得多的遷移率。
為了推進多層為了推進多層MoS2的實際應用，我們通過CVD方法生長出高度結晶的多層MoS2薄片解決了上述問題?？梢詫崿F高達20層的MoS2以良好限定的AA順序堆疊在一起，而且每層的邊緣是原子級平滑的Mo原子鋸齒形結構。多層溝道、原子級有序的邊緣以及理想的接觸幾何形狀使得這些CVD生長的多層MoS2薄片表現出優于機械剝離多層MoS2的電性能。除了場效應晶體管之外，這些多層MoS2晶體管也適合于構建基于單層-多層MoS2結的整流二極管。
【圖文簡介】
圖1 合成不同層數的MoS2薄片
a)使用拱形氧化Mo箔作為反應前體CVD生長MoS2的示意圖。
b)生長產物的大尺寸光學圖像，顯示了15-20層MoS2MoS2的生長，產率≈70％，比例尺：50μm。
c-f)CVD生長的單層、5層、8層以及17層MoS2薄片的光學圖像。
g,h)12層MoS2的光學圖像以及AFM圖像，其中MoS2具有≈20μm的邊長。
i)所示的是g)中MoS2樣品的拉曼mapping 圖像，其具有在404cm -1處的峰。
j) 該MoS2樣品的PL mapping 圖像，其峰值在1.80eV峰處。c-j)中的比例尺均為5μm。
圖2 CVD生長MoS2薄片的層依賴光譜表征
a) 分別是1,2,3,4,6,9和10層MoS2的光學圖像。比例尺：5μm。
b-d)分別對應a)中MoS2薄片的拉曼、PL和SHG譜。
e)E2g1、A1g拉曼模式的層依賴頻率及其差異。f)層依賴性PL峰位置和強度。g)層依賴性SHG強。
圖3 實驗制備的多層MoS2的TEM和STEM表征結果
a)懸浮在多孔碳TEM網格上的CVD生長的多層MoS2薄片TEM圖像。比例尺：1μm。
在a)圖中多層MoS2上標記的1和3的SAED圖像分別如b)圖和c)圖所示。
d)STEM-HAADF圖像以及e)另一個多層MoS2薄片（補充信息）1-2層邊界處的模擬圖像。藍色和黃色球分別表示Mo和S原子。比例尺：1nm。
f)從左到右分別是1至8層MoS2的STEM-HAADF模擬圖像。比例尺：1nm。g)AA堆疊的多層MoS2的原子結構。面內Mo-S鍵的方向相同，頂層的S原子與底層的六角形中心重疊。
圖4 CVD生長的多層MoS2薄片的電學性能
a,b)多層機械剝離MoS2和CVD生長的MoS2薄片中的電學接觸幾何形態的示意圖。
c)在1V的偏壓下16層MoS2的Ids-Vgs特性。插圖：在40V的柵極電壓下的Ids-Vds曲線以及器件的光學圖像。比例尺：5μm。
d)柵極電壓為0V時測量的1-8層MoS2結的Ids-Vds特性。插圖：器件的光學圖像。比例尺：5μm。
層數依賴的e)電子遷移率和f）Vgs=40V和Vds=1V時電流測量值的統計數據，其中紅色柱表示CVD生長的MoS2薄片，藍色柱表示機械剝離的MoS2薄片。
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