通过CVD方法生长出高度结晶的多层二硫化钼(MoS2)薄片(图文介绍)
具有本征带隙的二维MoS2由于其在电子和光电子器件方面的潜力而引起了科研学着关注。 但是，由于这种材料的迁移率相对较低（甚至低于多晶硅），这大大地阻碍了其迈向实际应用。目前已经有一系列针对单层MoS2的研究，但是与此同时多层MoS2的研究相应的有所缺失。然而实际上，由于具有较高的态密度，多层MoS2具有比单层MoS2高得多的迁移率和驱动电流，这使得多层MoS2在薄膜晶体管、逻辑器件和传感器等方面更具应用前景。 然而，到目前为止报道的多层MoS2的**性能是通过机械剥离获得的，这并不适合实际应用，而目前化学气相沉积（CVD）合成的多晶多层MoS2薄膜，显示出低得多的迁移率。
为了推进多层为了推进多层MoS2的实际应用，我们通过CVD方法生长出高度结晶的多层MoS2薄片解决了上述问题。可以实现高达20层的MoS2以良好限定的AA顺序堆叠在一起，而且每层的边缘是原子级平滑的Mo原子锯齿形结构。多层沟道、原子级有序的边缘以及理想的接触几何形状使得这些CVD生长的多层MoS2薄片表现出优于机械剥离多层MoS2的电性能。除了场效应晶体管之外，这些多层MoS2晶体管也适合于构建基于单层-多层MoS2结的整流二极管。
【图文简介】
图1 合成不同层数的MoS2薄片
a)使用拱形氧化Mo箔作为反应前体CVD生长MoS2的示意图。
b)生长产物的大尺寸光学图像，显示了15-20层MoS2MoS2的生长，产率≈70％，比例尺：50μm。
c-f)CVD生长的单层、5层、8层以及17层MoS2薄片的光学图像。
g,h)12层MoS2的光学图像以及AFM图像，其中MoS2具有≈20μm的边长。
i)所示的是g)中MoS2样品的拉曼mapping 图像，其具有在404cm -1处的峰。
j) 该MoS2样品的PL mapping 图像，其峰值在1.80eV峰处。c-j)中的比例尺均为5μm。
图2 CVD生长MoS2薄片的层依赖光谱表征
a) 分别是1,2,3,4,6,9和10层MoS2的光学图像。比例尺：5μm。
b-d)分别对应a)中MoS2薄片的拉曼、PL和SHG谱。
e)E2g1、A1g拉曼模式的层依赖频率及其差异。f)层依赖性PL峰位置和强度。g)层依赖性SHG强。
图3 实验制备的多层MoS2的TEM和STEM表征结果
a)悬浮在多孔碳TEM网格上的CVD生长的多层MoS2薄片TEM图像。比例尺：1μm。
在a)图中多层MoS2上标记的1和3的SAED图像分别如b)图和c)图所示。
d)STEM-HAADF图像以及e)另一个多层MoS2薄片（补充信息）1-2层边界处的模拟图像。蓝色和黄色球分别表示Mo和S原子。比例尺：1nm。
f)从左到右分别是1至8层MoS2的STEM-HAADF模拟图像。比例尺：1nm。g)AA堆叠的多层MoS2的原子结构。面内Mo-S键的方向相同，顶层的S原子与底层的六角形中心重叠。
图4 CVD生长的多层MoS2薄片的电学性能
a,b)多层机械剥离MoS2和CVD生长的MoS2薄片中的电学接触几何形态的示意图。
c)在1V的偏压下16层MoS2的Ids-Vgs特性。插图：在40V的栅极电压下的Ids-Vds曲线以及器件的光学图像。比例尺：5μm。
d)栅极电压为0V时测量的1-8层MoS2结的Ids-Vds特性。插图：器件的光学图像。比例尺：5μm。
层数依赖的e)电子迁移率和f）Vgs=40V和Vds=1V时电流测量值的统计数据，其中红色柱表示CVD生长的MoS2薄片，蓝色柱表示机械剥离的MoS2薄片。
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