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Uniform large-area growth of nanotemplated high-quality monolayer MoS2

材料科学 单层 表面改性 堆积 纳米技术 拉曼光谱 异质结 光致发光 图层(电子) 扫描隧道显微镜 蓝宝石 薄膜 X射线光电子能谱 光电子学 扫描电子显微镜 化学工程 复合材料 光学 化学 物理 工程类 有机化学 激光器
作者
Justin Young,Michael Chilcote,Matthew R. Barone,Junguo Xu,Jyoti Katoch,Yunqiu Kelly Luo,Sara Mueller,Thaddeus J. Asel,Susan K. Fullerton‐Shirey,Roland Kawakami,Jay Gupta,L. J. Brillson,Ezekiel Johnston‐Halperin
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:110 (26) 被引量:8
标识
DOI:10.1063/1.4989851
摘要

Over the past decade, it has become apparent that the extreme sensitivity of 2D crystals to surface interactions presents a unique opportunity to tune material properties through surface functionalization and the mechanical assembly of 2D heterostructures. However, this opportunity carries with it a concurrent challenge: an enhanced sensitivity to surface contamination introduced by standard patterning techniques that is exacerbated by the difficulty in cleaning these atomically thin materials. Here, we report a templated MoS2 growth technique wherein Mo is deposited onto atomically stepped sapphire substrates through a SiN stencil with feature sizes down to 100 nm and subsequently sulfurized at high temperature. These films have a quality comparable to the best MoS2 prepared by other methodologies, and the thickness of the resulting MoS2 patterns can be tuned layer-by-layer by controlling the initial Mo deposition. The quality and thickness of the films are confirmed by scanning electron, scanning tunneling, and atomic force microscopies; Raman, photoluminescence, and x-ray photoelectron spectroscopies; and electron transport measurements. This approach critically enables the creation of patterned, single-layer MoS2 films with pristine surfaces suitable for subsequent modification via functionalization and mechanical stacking. Further, we anticipate that this growth technique should be broadly applicable within the family of transition metal dichalcogenides.
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