清華-伯克利深圳學院成會明、劉碧錄團隊提出“溶解-析出”方法制備均勻、潔凈二維材料

清華-伯克利深圳學院(以下簡稱TBSI)成會明、劉碧錄團隊開發了一種基于“溶解-析出”機理生長二維過渡金屬硫族化合物的普適方法。研究成果以《“溶解-析出”法生長均勻、潔凈的二維過渡金屬硫族化合物》(Dissolution-Precipitation Growth of Uniform and Clean Two Dimensional Transition Metal Dichalcogenides)為題,發表于《國家科學評論》(National Science Review)。

二維過渡金屬硫族化合物(TMDCs)因其優異的電學、光學、力學和磁學性質,以及其在電子、光電子和自旋電子器件等領域的應用前景,近年來引起了研究人員的廣泛關注?;瘜W氣相沉積(CVD)是生長二維材料的重要方法之一。然而在傳統的CVD生長過程中,存在以下兩個問題:金屬源在空間上的分布不均勻,這導致不同區域樣品的成核密度、尺寸、層數等不一致;材料生長過程中金屬源和非金屬源共享同一擴散路徑,這導致表面反應和氣相反應同時發生,而后者往往會在生長的樣品表面沉積副產物,污染樣品。開發基于新原理的新生長方法,實現大面積均勻分布、表面潔凈的二維材料的可控制備,是實現二維材料在高性能電子和光電子器件領域應用的前提。

圖為“溶解-析出”生長方法的設計策略及其與傳統CVD方法的對比

TBSI成會明、劉碧錄團隊開發了一種基于“溶解-析出”機理生長二維TMDCs的普適方法。與傳統生長方法不同,該“溶解-析出”生長方法將金屬源包裹于玻璃夾層內,金屬源在高溫下向玻璃表面擴散,進而實現其在襯底表面的均勻供給;同時金屬源與非金屬源通過不同的路徑供給,進而將TMDCs的生長限制于襯底表面,避免了氣相反應的發生和副產物的生成。

圖為“溶解-析出”生長的單層二維MoS2在厘米級襯底上均勻分布

通過結構、電學和光學等研究,團隊發現,該“溶解-析出”方法生長的二維TMDCs具有高的電學和光學質量。研究人員發現該方法也適用于二維WS2、MoSe2、MoTe2、MoxW1-xS2合金、金屬元素摻雜等其他二維材料的生長,具有很好的普適性。該“溶解-析出”生長方法解決了TMDCs生長過程中金屬源供給不均勻,反應路徑難以控制等問題,對理解CVD生長TMDCs過程中的基礎科學問題和設計新型CVD生長體系具有重要指導意義,相關設計策略和生長方法有望拓展至其他材料體系,進一步推動二維材料在高性能電子器件等領域的應用。

圖為“溶解-析出”生長的單層二維MoS2具有潔凈的表面和高質量

論文共同第一作者為TBSI 2016級博士生蔡正陽、2018級碩士生賴泳爵,通訊作者為成會明院士和劉碧錄副教授。該研究由國家自然科學基金委、科技部以及深圳市工信局、科創委和發改委等部門支持。

論文信息:

Cai Zhengyang et al., Dissolution-Precipitation Growth of Uniform and Clean Two Dimensional Transition Metal Dichalcogenides,National Science Review, 2020, DOI: 10.1093/nsr/nwaa115

論文鏈接:

https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa115/5849031?searchresult=1

編輯 曹亮

(作者:讀特記者 李麗 通訊員 蔡正陽 陳超群 文/圖)

評論一下
評論 0人參與,0條評論
還沒有評論,快來搶沙發吧!
最熱評論
最新評論
已有0人參與,點擊查看更多精彩評論
公众号赚钱知乎 上海11选五5开奖结果43期 青海11选5出号走势图 二分时时彩下哪个软件 北京赛车开奖网站 河北省福彩排列7 宏川智慧股票股吧 云南时时彩开奖记录 广东福彩好彩1玩法 开奖历史记录 东方6+1开奖查询