郑州大学材料科学与工程学院在二维单层碲化钼半导体薄膜大面积制备方面取得进展
发布人:杨明  信息来源:材料科学与工程学院  发布日期:2019.10.09  阅读次数:1934 
  近日,郑州大学材料科学与工程学院国家低碳环保材料智能设计国际联合研究中心邵国胜教授团队姚志强教授课题组在分子束流动力学控制生长晶圆级二维单层碲化钼半导体薄膜方面取得进展,相关成果以题为“Molecular Beam Epitaxy Scalable Growth of Wafer-Scale Continuous Semiconducting Monolayer MoTe2 on Inert Amorphous Dielectrics”的论文发表在材料学领域顶尖期刊《Advanced Materials》(影响因子: 25.809)上。姚志强教授、邵国胜教授和四川大学分析测试中心刘岁林老师为共同通讯作者,硕士生何青原和李朋基为共同第一作者,郑州大学材料科学与工程学院为第一单位。
  二维过渡金属硫化物(TMDC, MX2, M=Mo, W; X=S, Se, Te)兼具极限尺寸的单层物理厚度、量子限域的光学、电学、磁学等性质,逐渐成为下一代突破摩尔定律极限的明星材料。然而,二维TMDC材料层与层之间只有非常微弱的范德瓦尔斯键作用而不利于层间电荷传输,多层TMDC材料的间接带隙能带结构不适合高光量子效率器件的应用,规模化的集成器件应用也必须基于大面积均匀化的薄膜材料。单层半导体相结构的碲化钼原子晶体(2H-MoTe2)具有最窄的直接带隙1.1 eV,是TMDC家族中唯一适用于近红外光子和光电子器件构建的二维材料。然而,Te电负性弱,饱和蒸气压低,人工合成的MoTe2多以多层、三维岛状模式生长;同时,MoTe2天然存在另一种导电的金属相结构(1T’),2H相与1T’相基态能级差仅为35 meV,微小的温度、应力改变均会引起2H→1T’相变。论文从影响晶体形核与生长的热力学和动力学交互作用角度出发,开发出了单靠分子束流动力学操控MoTe2原子晶体二维侧向形核与生长的“一步法”生长工艺,在不依靠催化剂、形核促进剂和外延模板的辅助下,采用分子束外延生长技术在惰性SiO2介电衬底上直接生长出了2英寸晶圆级完全连续的单层二维2H-MoTe2薄膜,相关发现揭示了MoTe2原子晶体的二维层状生长机制,为生长高质量的TMDC二维材料提供了一种普适的方法和思路。
  该研究得到了国家自然科学基金面上项目和郑州大学研究生创新基地-郑州新世纪材料基因组工程研究院、郑州大学橡塑模具国家工程研究中心、四川大学分析测试中心微纳测试平台的支持。
 
  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901578郑州大学版权所有,禁止非法转载!2019-10-20 12:01:03
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