Rapid Wafer-Scale Growth of MoS2(1–x)Se2x Alloy Monolayers with Tunable Compositions and Optical Properties for High-Performance Photodetectors

材料科学 化学气相沉积 光电探测器 光电子学 光子学 带隙 合金 半导体 薄脆饼 纳米电子学 纳米技术 薄膜 单层 复合材料
作者
Pengtao Tang,Haibo Shu,Jing Wang,Mingsong Zhang,Chuangwei Sheng,Pei Liang,Dan Cao,Xiaohong Chen
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:4 (11): 12609-12618 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsanm.1c03137
摘要

Monolayer transition metal dichalcogenide (TMD) alloys with tunable band gaps exhibit huge potential in nanoelectronics, optoelectronics, and photonics. The scalable production of uniform atomically thin TMD alloys is a key step for the realization of their device applications but remains a large challenge so far. Here, we report oxygen-assisted chemical vapor deposition (CVD) of uniform atomically thin MoS2(1–x)Se2x semiconductor alloys via a vertical Mo-precursor supply strategy. The growth scheme leads to the formation of highly crystalline MoS2(1–x)Se2x monolayer films within a short growth time of 8 min, which benefits from a stable and homogeneous Mo-precursor feeding environment and the synergic effect of NaBr and oxygen carrier on the growth. The high-resolution spectral characterizations and density functional theory calculations demonstrate that the chemical composition of the as-grown MoS2(1–x)Se2x monolayers can be continuously tuned from x = 0 to 1, leading to the corresponding band gap being gradually changed from 1.81 to 1.55 eV. This work provides an efficient strategy to obtain large-area uniform MoS2(1–x)Se2x monolayer alloys with tunable compositions and optical properties, which is essential for driving their applications in various functional optoelectronic devices, especially for high-performance flexible photodetectors.

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