人工晶体学报

作者：张鑫, 沈俊, 湛立, 崔恒清, 葛炳辉, 武传强

单位：1.重庆交通大学材料科学与工程学院,重庆 400714; ；2.中国科学院重庆绿色智能技术研究院,重庆 400714; ；3.南京大学电子科学与工程学院,固体微结构物理国家重点实验室,南京 210023; ；4.安徽大学物理科学与信息技术研究所,混合材料结构与功能调控教育部重点实验室,合肥 230601

关键词：WS2,化学气相沉积,同质结,形貌演化,生长机理,场效应晶体管,

基金：中国科学院科技服务网络行动(KFJ-STS-QYZD-179;KFJ-STS-QYZD-123);商业研究基金(Y79H030)

二硫化钨(WS2)由于具有可调的带隙、强的光-物质相互作用、较高的载流子迁移率等性质,在光电子器件领域具有较为广泛的应用。本文通过常压化学气相沉积(CVD)法,以硫粉和过渡金属氧化物为前驱体,在SiO2/Si上生长了枝晶WS2/单层WS2同质结。在衬底上将样品的形貌演化分为了4个区域:叠加生长区(Ⅳ)、树枝状WS2生长区(Ⅲ)、六角状WS2生长区(Ⅱ)和无明显形貌区(Ⅰ)。采用光学显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、光致发光光谱、透射电子显微镜、扫描电子显微镜等测试手段系统比较了所制备枝晶WS2/单层WS2在衬底上数量、形貌、结构和性质的不同。研究发现枝晶WS2形貌的不同影响了实际缺陷浓度,从而影响了拉曼特征峰位置。利用原子吸附模型和S、W蒸气比的变化解释了形貌演化的生长机理。此外,基于枝晶WS2/单层WS2制备的背栅式场效应晶体管(FET)光响应率为46.6 mA/W,响应时间和恢复时间达到了微秒级别,性能优于大多数CVD法制备的单层WS2背栅式场效应晶体管(WS2-FET)。这一工作有助于进一步加强对二维薄膜材料可控生长的理解,对制备大面积、高质量的枝晶型结构具有一定参考价值。

来源：2023年第5期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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