Crecimiento de película delgada de MoS2 de área grande por sulfuración directa

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 8378 (2023) Citar este artículo

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En este estudio, presentamos el crecimiento de una película monocapa de MoS2 (disulfuro de molibdeno). Se formó una película de Mo (molibdeno) sobre un sustrato de zafiro a través de la evaporación por haz de electrones, y se hizo crecer una película triangular de MoS2 mediante sulfurización directa. Primero, se observó el crecimiento de MoS2 bajo un microscopio óptico. El número de capas de MoS2 se analizó mediante espectro Raman, microscopio de fuerza atómica (AFM) y medición de espectroscopia de fotoluminiscencia (PL). Diferentes regiones de sustrato de zafiro tienen diferentes condiciones de crecimiento de MoS2. El crecimiento de MoS2 se optimiza controlando la cantidad y la ubicación de los precursores, ajustando la temperatura y el tiempo de crecimiento adecuados y estableciendo una ventilación adecuada. Los resultados experimentales muestran el crecimiento exitoso de una capa única de MoS2 de gran área sobre un sustrato de zafiro mediante sulfurización directa en un entorno adecuado. El espesor de la película de MoS2 determinado por la medición de AFM es de aproximadamente 0,73 nm. La diferencia máxima entre el cambio de medición Raman de 386 y 405 cm−1 es de 19,1 cm−1, y el pico de la medición PL es de aproximadamente 677 nm, que se convierte en energía de 1,83 eV, que es el tamaño de la brecha de energía directa de la película delgada de MoS2. Los resultados verifican la distribución del número de capas crecidas. Según la observación de las imágenes del microscopio óptico (OM), MoS2 crece continuamente desde una sola capa de granos triangulares monocristalinos discretamente distribuidos hasta convertirse en una película de MoS2 de área grande de una sola capa. Este trabajo proporciona una referencia para cultivar MoS2 en un área grande. Esperamos aplicar esta estructura a varias heterouniones, sensores, celdas solares y transistores de película delgada.

El material en capas bidimensional MoS2 con capas atómicamente gruesas es uno de los dicalcogenuros de metales de transición (TMD) más comunes1,2,3,4; tiene una brecha de energía indirecta de 1,2 eV en el semiconductor MoS2 a granel y una brecha de energía directa de 1,8 eV en la monocapa MoS25,6,7,8,9. Los TMD de una sola capa tienen una excelente relación de conmutación de corriente (relación de corriente de encendido/apagado) en los transistores de efecto de campo debido a su brecha de energía directa10,11. Estas ventajas solo pueden ser poseídas por materiales con espesor atómico12. MoS2 es una estructura en capas, que tiene buena lubricidad, resistencia a la presión y resistencia al desgaste. Se utiliza principalmente en lubricantes sólidos, así como en condiciones de alta velocidad, servicio pesado, alta temperatura y corrosión química13,14,15,16,17. Este material tiene muchas aplicaciones potenciales, como en transistores de efecto de campo, dispositivos electrónicos, diodos emisores de luz, sensores, etc., debido a sus excelentes propiedades optoelectrónicas11,18,19,20,21,22,23,24,25 . En los últimos años, se ha descubierto que el MoS2 tiene propiedades semiconductoras y puede existir en forma de una sola capa o de varias capas26. Por lo tanto, los materiales bidimensionales son ampliamente discutidos y estudiados por los científicos. Muchos métodos, incluida la exfoliación mecánica12,27,28,29,30, tiomolibdato de amonio descompuesto térmicamente31,32,33,34, sulfurización de Mo/MoO335 y deposición química de vapor (CVD)36,37,38,39,40,41 ,42, se puede utilizar para sintetizar películas continuas de MoS2. Estos métodos son capaces de producir muchas capas de MoS2 de buena calidad, sin embargo, lograr películas delgadas de MoS2 de gran área es un desafío. La razón es que MoS2 tiende a transformarse en estructuras de nanopartículas y nanotubos, lo que lleva a una producción ineficiente en síntesis homogénea y películas delgadas de MoS2 de área grande, lo que dificulta implementar la producción de dispositivos electrónicos. Por lo tanto, la síntesis de películas delgadas de MoS2 de gran área ha atraído mucho la atención de la investigación.

El método de crecimiento de este estudio es la sulfuración directa utilizando molibdeno/óxido de molibdeno, que también propuso Lin et al.35 en 2012. El proceso principal es realizar una reacción de sulfuración directa sobre un sustrato recubierto con óxido de molibdeno para obtener una película delgada de MoS2. El trióxido de molibdeno (MoO3) de aproximadamente 3,6 nm se deposita en un sustrato de zafiro y se cultiva a través de dos etapas de calentamiento. En la primera etapa, el tiempo de calentamiento es de una hora. La muestra se coloca en un tubo de horno a 500 °C y se pasa a través de gas mixto Ar/H2 (Ar:H2 = 4:1) bajo una presión controlada de 1 Torr para convertir MoO3 en MoS2. La ecuación de la reacción es la siguiente:

En la segunda etapa, el tiempo de calentamiento es de 30 min. Primero se coloca polvo de azufre en un tubo y se introduce gas mixto Ar/H2 a 1000 °C. La presión se controla a 600 Torr. El MoO2 en la primera etapa reacciona con el vapor de azufre dentro del tubo para formar MoS2. La ecuación de la reacción es la siguiente:

La ventaja de la sulfuración directa del óxido de molibdeno es que puede crecer una gran área de película de MoS2 y es similar a la descomposición térmica en dos etapas.

En 2014, Choudhary et al.43 ref propusieron una síntesis a gran escala de MoS2 en un sustrato de Si/SiO2 utilizando un método CVD de pulverización catódica de dos pasos. El primer paso involucró la deposición de películas delgadas de Mo sobre el sustrato mediante la pulverización catódica de Mo metálico. En el segundo paso, se empleó CVD de baja presión para sintetizar MoS2. Se usó gas argón para transportar azufre al reactor, donde reaccionó con la película de Mo. Tras el recocido a una temperatura alta de 600 °C y el posterior enfriamiento a temperatura ambiente, las películas de Mo se convirtieron con éxito en películas de MoS2. Los resultados mostraron que este método permitió efectivamente la síntesis de MoS2 de gran área a partir de películas delgadas de Mo, y el grosor de las películas de MoS2 sintetizadas podría modularse variando los tiempos de pulverización. Los estudios antes mencionados indican que las películas delgadas de MoS2 de gran área se pueden sintetizar mediante un proceso de CVD. Esto implica exponer una película delgada que contiene Mo a polvo de azufre en un entorno de gas argón y someter la muestra a condiciones de alta temperatura. Los resultados demuestran que este enfoque puede producir películas delgadas de MoS2 con un área de superficie sustancial.

En este estudio, presentamos la síntesis de películas delgadas de MoS2 a través de un proceso de CVD. Nuestros hallazgos indican que una película delgada de Mo se puede convertir en una película delgada de MoS2 utilizando este método. Las imágenes de mapeo Raman, AFM y microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM) confirmaron la presencia de una monocapa en la oblea de zafiro de 2 pulgadas. En comparación con las películas de MoS2 cultivadas en sustratos de Si, las mediciones eléctricas del crecimiento de los sustratos de zafiro revelaron un comportamiento semiconductor de tipo p con una movilidad de electrones y una relación de encendido y apagado notablemente altos. Este enfoque es compatible con los procesos de semiconductores convencionales y se puede extender a otros TMD y sustratos arbitrarios mediante la transferencia de MoS2.

Se utilizó un sustrato de zafiro pulido de doble cara con un espesor de 300 nm para el crecimiento de MoS2. El sustrato se revistió previamente con una película de MoO3 de 5 Å mediante deposición por pulverización catódica. Posteriormente se realizó la sulfuración directa utilizando polvo de azufre (S) de 99,98% de pureza. El propósito es evitar los residuos de impurezas que afectan la deposición de vapor químico o las impurezas de residuos monocristalinos. El tubo de cuarzo y el crisol de cerámica en el tubo del horno de alta temperatura (Térmico tubular) se limpian con agua regia. Las concentraciones de ácido nítrico y ácido clorhídrico en agua regia son del 37% y del 68-69%, respectivamente, para evitar que en el proceso de limpieza queden impurezas del crecimiento anterior.

El proceso de este estudio se muestra en la Fig. 1, primero se preparó un sustrato de zafiro de 2 pulgadas con un espesor de 300 nm predepositado 5 Å MoO3, se cortó en cuatro partes iguales y se limpió con vibración ultrasónica en acetona durante 10 minutos para eliminar impurezas superficiales y manchas de aceite y lograr una superficie limpia. Se usó agua desionizada para eliminar el solvente orgánico-acetona en vibración ultrasónica durante 10 min. Se recogió la muestra y se utilizó una pistola de nitrógeno a alta presión para eliminar la humedad de la superficie del sustrato. Se usó sulfuración directa para hacer crecer MoS2. El sustrato se colocó bajo condiciones específicas de presión y temperatura. En el sistema de tubos del horno, se utilizó argón como gas portador para realizar reacciones químicas en la superficie del sustrato mediante vulcanización con vapor caliente para generar películas de gran superficie y alta calidad. La aplicación del método de sulfuración directa en la preparación de TMD de una sola capa comenzó con el crecimiento de MoS2. Inicialmente, se introdujeron 500 sccm de gas argón para limpiar el interior del sistema. La cavidad se mantuvo en un ambiente limpio y el exceso de vapor de agua y oxígeno en el tubo de cuarzo se eliminó durante 10 min. La muestra se hizo crecer con una velocidad de flujo de argón de 400 sccm a una velocidad de calentamiento de 30 °C por minuto. La temperatura de crecimiento fue de 750 °C, la cual se mantuvo durante 5 min. Una vez que se completó el crecimiento, el volumen de gas se redujo lentamente a -40 sccm por minuto para reducir el daño del MoS2 recién formado por el flujo de aire. La tapa se abrió una vez que la temperatura descendió a 400 °C. Después de abrir la tapa, la temperatura se redujo a temperatura ambiente y se obtuvo la estructura de MoS2 a altas temperaturas. Un sustrato de zafiro de 1/4 de dos pulgadas con 1,2 g de polvo de azufre (S) como precursor se colocó en un crisol en un tubo de horno. El punto de vaporización de Mo está por encima de 650 °C y el punto de vaporización de S está por encima de 200 °C; como tal, Mo en la fase gaseosa bajo un ambiente de alta temperatura sufrirá una reacción química para producir el intermedio de óxido de molibdeno (MoO3−x). El intermedio de óxido de molibdeno producido se difundirá al sustrato y reaccionará con el azufre vaporizado para formar una película de MoS2. La distancia entre el sustrato y la capa de azufre es de 24 cm. El MoS2 de gran área de una sola capa se puede preparar de manera efectiva mediante sulfurización directa. Este método no solo produce materiales monocristalinos de alta calidad, sino que también prepara una película distribuida uniformemente en una gran área, lo que es beneficioso para la fabricación posterior de componentes optoelectrónicos.

El diagrama de flujo de este estudio, comenzando con el crecimiento del material, seguido de la medición óptica y, finalmente, la medición y análisis de las propiedades del material.

Bajo el microscopio óptico, los tipos de crecimiento de MoS2 tienen diferentes formas de distribución en el sustrato. La Figura 2 muestra el microscopio óptico (OM) de MoS2 cultivado en el sustrato de zafiro. La figura 2a muestra el sustrato después del crecimiento real, donde la flecha azul indica la dirección del flujo de gas argón durante la CVD. Las posiciones b, c, d y e en la imagen presentan las distribuciones de crecimiento de diferentes formas de MoS2; La Fig. 2b muestra la imagen de OM en la posición b de la Fig. 2a, en la que encontramos una sola capa de MoS2 que crece sobre el sustrato en un área grande, cubriendo un área más grande y cubriendo casi por completo el sustrato de zafiro. La Figura 2c muestra la imagen de OM en la posición c de la Fig. 2a, donde el crecimiento de MoS2 de una sola capa no es tan bueno como en la posición b, pero el MoS2 de una sola capa cubre un área más grande. La Figura 2d muestra la imagen de OM en la posición d en la Fig. 2a, en la que la monocapa de MoS2 crece irregularmente sobre el sustrato de zafiro y tiene una distribución de forma irregular de color azul claro, lo que indica la existencia de la monocapa de MoS2. La figura 2e es la imagen de OM en la posición e de la figura 2a, donde el área gris es el sustrato de zafiro y el área azul dispersa es el área donde crece MoS2.

(a) Imagen del sustrato de zafiro después de que se completa el crecimiento de MoS2, (b-e) Las imágenes de OM en las posiciones (b-e) corresponden a las posiciones indicadas en el sustrato en (a).

Analizamos el crecimiento de una película delgada de MoS2 de una sola capa. La Figura 3 muestra la imagen SEM de la unión entre MoS2 de área grande y MoS2 disperso que crece en el sustrato de zafiro. El tamaño de MoS2 en el área dispersa es de aproximadamente 20 a 30 μm. En la imagen OM, podemos ver MoS2 estructurado bidimensional triangular o en forma de estrella uniforme (Fig. 4a). La Figura 4b muestra una imagen SEM de MoS2 que es de una sola capa y triangular completa. Tomando un triángulo como ejemplo, la Fig. 4c muestra la imagen SEM de una película delgada de MoS2 de área grande.

Imagen SEM de la unión entre MoS2 de área grande y crecimiento de MoS2 disperso en sustrato de zafiro.

(a) OM y (b) Imagen SEM de MoS2 cultivado por el método de sulfurización directa (c) Imágenes SEM de películas delgadas de MoS2 de gran área en un área grande.

Realizamos la medición Raman en la muestra de sustrato de zafiro cultivada con MoS2. Se utilizó un láser con una longitud de onda de 532 nm como fuente de luz de excitación. El eje X en el espectro representa el cambio Raman y el eje Y representa la intensidad Raman. La figura 5a muestra el mapa de medición Raman del MoS2 disperso en la región e de la imagen OM de MoS2 en la figura 2a. Tomamos los puntos negro, rojo y azul adentro para medir el crecimiento de área grande como se muestra en la Fig. 5b. La figura 5c muestra el mapa de medición Raman de MoS2 de área grande correspondiente a los tres puntos negro, rojo y azul de la figura 5b.

(a) Mapa de medición del espectro Raman de una sola capa (b) Diagrama esquemático del punto de medición del espectro Raman (c) Mapa de medición del espectro Raman de diferentes áreas seleccionadas (d) Imagen OM del rango de mapeo Raman seleccionado, (e) es el mapeo Raman diagrama de A1g.

El cambio Raman está entre 386,2 y 405,3 cm−1, y el valor de la diferencia máxima (Δk) es de aproximadamente 19,1 cm−1. Los resultados muestran que las regiones de crecimiento de área grande son todas monocapas. La Figura 5d muestra la imagen OM seleccionada del rango de mapeo Raman. La figura 5e presenta la imagen de mapeo Raman fuera del plano (A1g) de la figura 5d. El sustrato de zafiro se identifica como la porción verde. La distribución de MoS2 de una sola capa muestra un perfil relativamente plano que va del verde claro al amarillo y progresa hacia el rojo anaranjado en el gráfico. El tamaño de mapeo de 50 μm × 50 μm muestra un área de muestreo limitada, pero la distribución permanece uniformemente plana. Esto se verifica aún más a través de la medición Raman, que demuestra una distribución uniforme de MoS2 de una sola capa. Estos hallazgos destacan el potencial de MoS2 como material adecuado para la producción de dispositivos semiconductores.

El grosor de la película delgada de MoS2 se determinó mediante la medición de AFM. Los resultados de la morfología de la superficie y el perfil de altura se muestran en la Fig. 6a,b, respectivamente. En la Fig. 6a, se puede ver claramente la superficie del sustrato de zafiro y MoS2. La figura 6b muestra que el espesor del MoS2 crecido en el sustrato de zafiro es de 0,72 nm desde el perfil de altura de la línea de sección transversal de la figura 6a. Este resultado indica la síntesis exitosa de una estructura de MoS2 de una sola capa. En la Fig. 6b, no hay una diferencia sustancial en la altura del perfil entre las capas de MoS2 o entre la capa de MoS2 y la superficie de zafiro. La rugosidad promedio de las películas de MoS2, medida por AFM, varía de 0,55 a 2,35 nm. Es importante tener en cuenta que las imágenes AFM representan las distancias promedio de los átomos en la superficie de la muestra, en lugar de los átomos individuales en sí. En la Fig. 6c, el mapa de topografía de superficie de 30 μm × 30 μm de MoS2 muestra una distribución de moléculas relativamente uniforme, como lo indica la barra de color. Sin embargo, también se observa una ligera asimetría en la distribución, lo que sugiere que la superficie de MoS2 tiene un estado relativamente suave.

Imagen AFM de MoS2, (a) es la morfología superficial del sustrato de zafiro y MoS2, (b) es el resultado del perfil de altura de (a) sección transversal, (c) es la morfología superficial del MoS2 de área grande.

La Figura 7 muestra el espectro de emisión PL de MoS2. En la medición, se utilizó la banda de 532 nm como fuente de luz de excitación láser. El espectro consta de dos picos, correspondientes a los excitones A1 y B1 a 677 y 627 nm, respectivamente. Ambos excitones tienen una transición excitónica directa desde la separación de energía de acoplamiento orbital-espín de la banda de valencia44. La transición excitónica directa de las dos resonancias es el punto K en la zona de Brillouin. En general, el pico de luminiscencia de MoS2 es de aproximadamente 67 nm y la energía convertida es de 1,86 eV, que es el tamaño de la brecha de energía directa de la película de MoS2. Según los datos anteriores, el MoS2 crecido tiene una estructura de una sola capa.

Resultados de la medición PL de la monocapa MoS2, la banda de luminiscencia está en 677 nm y la energía de conversión es de 1,83 eV.

En 2017, Zhu et al. informaron la presencia de dos tipos de centros de semillas en el mecanismo de crecimiento de MoS2, a saber: (1) nanopartículas o nanocristales de molibdeno-oxisulfuro (MoOxS2-y) para el crecimiento de MoS2 multicapa y (2) dos polígonos irregulares principales terminados en el borde para el crecimiento de monocapa MoS2, el borde S-Mo Klein y el borde Mo en zigzag, que aparecen aproximadamente en cantidades iguales45. La morfología luego evoluciona hacia una forma casi triangular con predominantes bordes serpenteantes de Mo. Usando un sistema CVD para hacer crecer MoS2, se puede estudiar el impacto de la tasa de flujo de gas en el crecimiento de MoS2. El caudal de Ar se varió entre 200 y 500 sccm. Los resultados muestran que una tasa de flujo más rápida produjo principalmente capas individuales, mientras que una tasa de flujo más lenta resultó en más capas. Cuando la tasa de deposición excede la tasa de crecimiento de MoS2, se produce un crecimiento S-dominante, que es el mecanismo para el crecimiento de la monocapa de MoS2. Por el contrario, cuando la tasa de deposición es más lenta que la tasa de crecimiento de MoS2, el crecimiento dominante es el oxisulfuro de molibdeno, que es el mecanismo para el crecimiento de la capa minoritaria de MoS2.

En 2018, Zhou et al. investigó más a fondo los cristales semilla responsables de los dos mecanismos de crecimiento y el impacto de la temperatura, además de la tasa de flujo de gas, en la tasa de deposición46. Los resultados experimentales del estudio revelaron que la temperatura con un punto de nucleación central desempeñó un papel importante en la formación de los cristales semilla.

Al mismo tiempo, Taheri et al. mostró que se propuso un mecanismo de tres etapas para el crecimiento de MoS247. La primera etapa consiste en la evaporación de MoO3, que puede verse facilitada por la presencia de azufre. Esto puede dar como resultado la reducción parcial de MoO3 para formar MoS2 o la creación de oxisulfuro de molibdeno, ambos de naturaleza volátil. El óxido de molibdeno evaporado luego se difunde a las regiones del sustrato con concentraciones de molibdeno más bajas, como resultado de la diferencia de potencial químico. Los resultados experimentales de Taheri et al. reveló que, en las condiciones utilizadas en su estudio, las longitudes de difusión pueden alcanzar valores en el rango de las decenas de micrómetros. Este proceso desempeña un papel en la mitigación de los cambios morfológicos locales a nanoescala dentro de las películas precursoras de MoO3. En otras palabras, la película precursora crece uniformemente sobre el sustrato como una fuente local de molibdeno, pero no dicta la morfología final del MoS2 final. La segunda etapa implica la sulfuración para producir MoS2 a través de procesos como la sustitución de azufre, la reorganización de la red y la redistribución de materiales. Esto conduce a la formación uniforme de triángulos monocristalinos de MoS2 en todo el sustrato. La tercera etapa implica el crecimiento y la fusión de estos triángulos para formar MoS2 continuo. Durante esta etapa, las nanopartículas de MoS2 se evaporan y se vuelven a depositar a lo largo de los bordes de los triángulos discretos. La alta densidad de triángulos y la larga longitud de difusión permiten una fácil fusión de los triángulos, lo que da como resultado el relleno de cualquier espacio y la formación de triángulos continuos con un crecimiento excesivo y vacíos mínimos. Mientras tanto, las nanopartículas se evaporan y no se consumen. A diferencia del proceso de crecimiento de CVD, no hay sitios de nucleación específicos que provoquen cambios morfológicos en MoS2. En cambio, el proceso de difusión de vapor y nucleación bajo sulfuración ocurre de manera uniforme y local a microescala en todo el sustrato, lo que da como resultado una cobertura continua de MoS2. Un aspecto único del proceso de síntesis es el cese del flujo de gas portador durante el paso de enfriamiento. Aunque MoS2 tiene una temperatura de fusión de 1185 °C, su presión de vapor es pequeña pero no despreciable a temperaturas superiores a 700 °C. Al detener el flujo del gas portador, el vapor de MoS2 atrapado permanece en equilibrio con los cristales de MoS2 que crecen en el sustrato durante un período más prolongado, lo que evita una mayor evaporación de la película. Experimentos controlados realizados por Taheri et al. mostró que la retención parcial de MoS2 se logró después del recocido a 700 °C durante 30 min en presencia de azufre. Por el contrario, el flujo de aire continuo durante el enfriamiento provocará la evaporación lenta de MoS2, lo que provocará su pérdida gradual y dará como resultado la formación de islas triangulares discretas. Esto fue confirmado por el experimento en el que se observó la evaporación completa de MoS2 después de solo 5 min de recocido a 650 °C en presencia de flujo de nitrógeno. Estos resultados apoyan firmemente el papel del vapor de azufre en el crecimiento de MoS2 continuo. De acuerdo con la dirección del flujo del gas argón, el crecimiento de MoS2 progresa desde un área de cobertura grande a una más pequeña, desde la fragmentación hasta el crecimiento de un área grande. Al evitar el crecimiento a baja presión, el proceso en un entorno de baja presión minimiza las reacciones innecesarias en fase gaseosa, que pueden provocar una distribución desigual de los átomos de azufre gasificados. Las diferencias resultantes en la concentración de átomos de azufre pueden provocar cambios en la morfología del MoS2 desde la fragmentación hasta una distribución más uniforme en áreas grandes.

La medición de espectroscopia Raman mostró que el MoS2 crecido exhibe las características de una monocapa. El mapeo Raman es el mejor método para analizar el número de capas48,49,50. Los resultados del análisis espectral PL indicaron que la distribución de la monocapa de MoS2 cultivada es uniforme, como lo demuestran los diagramas de mapeo obtenidos con el pico de luz de excitación a 627 nm o 677 nm. El grosor del sustrato de zafiro con crecimiento periódico de MoS2 se analizó mediante AFM. Se confirmó que el área seleccionada era una sola capa, de acuerdo con los resultados obtenidos del análisis de espectroscopia Raman y PL.

La investigación se puede dividir en dos partes. En la primera parte, nos referimos a la literatura relevante y cultivamos con éxito MoS2 de gran área en algunas áreas del sustrato de zafiro al cambiar los parámetros a través de la sulfuración directa. La película delgada de una sola capa supera con éxito las limitaciones del crecimiento de una película delgada de MoS2 de una sola capa de área grande en la deposición de vapor químico. Además de ajustar los parámetros, el método puede lograr una película delgada continua de alrededor de 500 μm × 500 μm. La segunda parte es el análisis de los resultados de la espectroscopia Raman, la espectroscopia de fotoluminiscencia, la microscopia de fuerza atómica y la microscopia electrónica de barrido. La película de MoS2 de área grande se compone de MoS2 triangular disperso. La película de MoS2 desarrollada tiene monocapas. En resumen, las capas moduladas deseables con una gran área de MoS2 se pueden lograr mediante técnicas de crecimiento que utilizan metales de transición predepositados sulfurados a través de la deposición secuencial de metales de transición y la sulfuración directa.

Los trabajos futuros deberían hacer crecer películas delgadas de MoS2 de una sola capa de área grande mediante sulfurización directa para desarrollar películas delgadas de MoS2 para transistores de efecto de campo. En el pasado, los semiconductores usaban materiales tridimensionales y las propiedades físicas y las estructuras del dispositivo se desarrollaron hasta el nodo de 3 nm. La presente investigación utilizó materiales bidimensionales, con un espesor inferior a 1 nm (1 a 3 capas de espesor atómico), que está más cerca del límite del espesor de los materiales semiconductores sólidos. El disulfuro monocapa tiene una brecha de energía directa, lo que lo hace adecuado para su aplicación en células solares. Trabajos anteriores también utilizaron esta característica para fabricar células solares con materiales de tipo p, pero muchos estudios están limitados por el tamaño de las películas de MoS2. El presente estudio contribuye al conocimiento sobre el crecimiento de grandes áreas para superar los problemas existentes y mejorar la eficiencia de la generación de energía.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

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Esta investigación fue apoyada por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de la República de China bajo las subvenciones NSTC 111-2221-E-194-007. Este trabajo fue apoyado financieramente/parcialmente por el proyecto de investigación del Hospital General de las Fuerzas Armadas de Kaohsiung KAFGH_D_112032 en Taiwán.

División de Gastroenterología, Departamento de Medicina Interna, Hospital General de las Fuerzas Armadas de Kaohsiung, 2, Zhongzheng 1st.Rd., Lingya District, Kaohsiung City, 80284, Taiwán

Kai-Yao Yang y Chien-Wei Huang

Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional Chung Cheng, 168, University Rd., Min Hsiung, Chia Yi, 62102, Taiwán

Hong-Thai Nguyen, Yu-Ming Tsao y Hsiang-Chen Wang

Instituto Nikolaev de Química Inorgánica, Rama siberiana de la Academia Rusa de Ciencias, Novosibirsk, Rusia, 630090

Sofía B. Artemkina y Vladimir E. Fedorov

Departamento de Ciencias Naturales, Universidad Estatal de Novosibirsk, 1, Pirogova Str., Novosibirsk, Rusia, 630090

Sofía B. Artemkina y Vladimir E. Fedorov

Departamento de Enfermería, Universidad de Tajen, 20, Weixin Rd., Municipio de Yanpu, 90741, Condado de Pingtung, Taiwán

Chien Wei Huang

Director de desarrollo tecnológico, Hitspectra Intelligent Technology Co., Ltd., 4F., No. 2, Fuxing 4th Rd., Qianzhen Dist., Kaohsiung City, 80661, Taiwán

Hsiang Chen Wang

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Correspondencia a Chien-Wei Huang o Hsiang-Chen Wang.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Yang, KY., Nguyen, HT., Tsao, YM. et al. Crecimiento de película delgada de MoS2 de área grande por sulfuración directa. Informe científico 13, 8378 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35596-5

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Recibido: 11 de marzo de 2023

Aceptado: 20 de mayo de 2023

Publicado: 24 mayo 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35596-5

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