若想進一步提高二硫化鉬薄膜(MoS2薄膜)的半導體性能,可以通過調(diào)節(jié)層數(shù)與堆垛結(jié)構(gòu)。研究表明,與單層、雙層AA堆垛結(jié)構(gòu)的MoS2相比,三層MoS2具有更好的可調(diào)性、更高的光響應率和探測率等特點,更適合構(gòu)筑可調(diào)諧光電晶體管。
作為低維度過渡金屬硫族化合物的典型代表,二硫化鉬因具有原子級厚度、獨特的三明治晶體結(jié)構(gòu)、可調(diào)的帶隙寬度與電子結(jié)構(gòu)等,而表現(xiàn)出了優(yōu)異的電學與光電性能,被廣泛認為是在未來足以取代硅成為后摩爾時代的最重要半導體材料之一。注意:層數(shù)和堆垛結(jié)構(gòu)不同的MoS2的電學與光學性質(zhì)也不相同。
目前,MoS2單晶薄膜主要是通過化學氣相沉積法(CVD)制備的,但由于貝塞爾平面(Basal Plane)呈現(xiàn)出了化學惰性,所以很難實現(xiàn)不同層數(shù)及堆垛結(jié)構(gòu)MoS2的可控制備。
針對現(xiàn)有化學氣相沉積法的不足,有研究者對它進行了改良,通過引入NaCl,使其與氧化后鉬箔反應生成MoOxCly來作為誘導MoS2生長的前驅(qū)體,實現(xiàn)了超過99.5%的AA堆垛結(jié)構(gòu)MoS2薄膜,且其層數(shù)僅與生長時間相關(guān)的可控制備。
在此基礎(chǔ)上,研究者構(gòu)筑了一系列層數(shù)的AA堆垛結(jié)構(gòu)MoS2光電晶體管,研究了不同層數(shù)AA堆垛結(jié)構(gòu)的MoS2內(nèi)建電場及外場的調(diào)控與不同光場下的光電性質(zhì)。其高光響應率、高光探測率展示出了AA堆垛結(jié)構(gòu)MoS2優(yōu)異的光電探測性能。另外,將電場與光場進行耦合,展示了光與電場對AA堆垛結(jié)構(gòu)MoS2的協(xié)同調(diào)控機制,幷實現(xiàn)了對其外量子效率以及光生載流子的調(diào)控。