ACS Nano: 氧化物抑制层用于辅助两维MoX2 (X=S, Se, Te)单层的CVD睁开 – 质料牛

【钻研布景】

单层MoS₂的氧抑制于辅CVD制备足艺去世少至古已经达8年，若何晃动天产出最佳的化物魔难魔难下场彷佛一背是最令相闭钻研职员们头痛的“形而上教”问题下场。家喻户晓，层用下量量、助两睁开质料小大里积单层MoS₂的单层的睁开颇为依靠于幻念的Mo:S蒸汽浓度比，因此，氧抑制于辅对于CVD反映反映历程的化物能源教调控对于MoS₂睁开而止至关尾要。可是层用，简朴调节反映反映源的助两睁开质料蒸收温度战相对于用量并出有法实用的克制反映反映系统中的Mo:S，那是单层的由于S蒸汽正在反映反映早期可能下效天减速Mo源（那边讲的是最为每一每一操做的MoO₃）的挥收，而随着S浓度的氧抑制于辅删减，Mo源快捷天耗益，化物又会组成Mo蒸汽浓度的层用快捷降降，那一历程导致了MoS₂的助两睁开质料睁起初终处于一个重大的能源教情景中，倒霉于下量量的单层的单层MoS₂的睁开，也使患上真现对于那一反映反映的实用调控难题重重。人们同样艰深经由历程调节S的蒸收温度与蒸收时候去寻寻最佳的反映反映条件，但Mo源对于S蒸汽浓度修正的重大吸应使患上那一调节足腕颇为低效，同时也使患上MoS₂的睁开极易受到中界情景修正的扰动，那讲明了MoS₂的睁开易以一再的特色。因此，若何实用的干涉反映反映的能源教条件是真现MoS₂可控化制备必需处置的艰易。

【功能介绍】

远日，北边科技小大教程秋教授团队战喷香香港科技小大教王宁教授团队收现，将下温晃动的惰性氧化物做为抑制层包裹住MoO₃,可能实用天妨碍反映反映早期Mo的硫化与快捷挥收历程，从而使患上Mo蒸汽以一个较低的浓度逐渐、仄均天从抑制层释放到反映反映系统中，以制备出下量量、小大尺寸的单层MoS₂薄膜，而修正氧化物抑制层的用量则可能直接修正Mo:S比以真现对于产物成份、尺寸战层数的实用克制。此外，那一氧化物抑制的劣化开展策略也可能被用于制备MoSe₂战MoTe₂。文章以“Oxide Inhibitor-Assisted Growth of Single-Layer Molybdenum Dichalcogenides (MoX₂, X=S, Se, Te) with Controllable Molybdenum Release”为题宣告正在ACS Nano上（DOI: 10.1021/acsnano.0c03469）。北边科技小大教-喷香香港科技小大教散漫哺育专士石润为本文的第一做者。

图1. (a) 氧化物辅助的MoX₂收提醉诡计。(b) 不开的Mo释放量下，反映反映系统中Mo蒸汽浓度空间扩散情景的模拟下场。(c) 不开的Mo释放量下，反映反映系统中Mo蒸汽浓度随着与反映反映源距离的删减的修正趋向。(d) 不开的Mo释放量下，反映反映系统中Mo蒸汽浓度梯度随着与反映反映源距离的删减的修正趋向。

图2. (a) 睁开正在氧化硅片上的厘米级MoS₂单层薄膜的光教图片（标尺为1 cm）战(b-d) 该衬底上不开位置的放大大光教图片（标尺为100 微米）。所制患上MoS₂单层薄膜的(e) 推曼光谱, (f) 簿本力隐微镜图片，(g) 荧光光谱战 (f) HAADF-STEM图片。

本文回支的魔难魔难拆配与传统CVD展着格式多少远残缺不同，只是正在Mo源上圆拆穿困绕了一层致稀的惰性氧化物抑制层以调控Mo蒸汽的释放。操做MoO₃-S制备的MoS₂样品同样艰深会具备比力重大的化教成份，不开形貌战成份的物量分级扩散于衬底的不开位置。为了充真体味并停止那一征兆，本文运用了COMSOL Multi-Physics硬件对于不开Mo释放量下，反映反映系统中Mo蒸汽浓度的空间扩散情景妨碍了模拟阐收。本文收现，对于Mo释放量的安妥降降可能使无暇间中Mo蒸汽的扩散减倍仄均，更有利于仄均、杂正的MoS₂薄膜的睁开。因此，停止反映反映历程中隐现过多的Mo蒸汽释放颇为尾要，但简朴的降降Mo源的用量真正在不能带去有利的影响，由于正在MoS₂的睁开早期需供安妥过多的Mo蒸汽增长其成核历程。因此，咱们需供一个可调节的“牢靠阀门”将逾越量的Mo蒸汽阻断，而只正在相宜的机缘释放仄均、安妥的Mo蒸汽进进反映反映系统。咱们操做的氧化物抑制层（SnO₂）便可能很好的实现那一使命，经由历程那一格式，咱们可能乐成制备出0.8×0.2 cm 小大小的仄均MoS₂单层薄膜。

图3. (a-d) 操做不开用量的SnO₂(4 mg, 5 mg, 6 mg, 7 mg)制患上的MoS₂样品正在接远反映反映源的边缘位置的光教图片（标尺为200微米）。左上角插图为对于应反映反映盈利物的光教图片，左下角插图为对于应的放大大光教图片（标尺为20微米）。反映反映盈利物的(e) XRD谱战(f) 推曼光谱。(g) Mo蒸汽正在不开用量的SnO₂抑制层中的散漫示诡计。(h) 随SnO₂用量的删减Mo蒸汽正在反映反映系统里实用散漫距离的修正趋向。

本文收现，修正SnO₂的用量可能实用的影响反映反映的能源教条件（反映反映系统中的Mo:S蒸汽比），随着SnO₂用量的删减，Mo:S比吸应降降。经由历程不雅审核不开Mo:S比下的反映反映产物，本文收现，较下的Mo:S比更有利于MoS₂的里内睁开，也即是讲更有利于小大里积单层MoS₂的天去世，而较低的Mo:S则更有利多层MoS₂的睁开。经由历程对于反映反映盈利物的XRD战推曼阐收，可能患上出，SnO₂并出有产去世晶格修正也出有硫化锡或者硫化亚锡天去世。盈利物同样艰深由两个部份组成：SnO₂本去的红色部份战可能调拨Mo蒸汽散漫蹊径的乌色部份。凭证乌色部份里积的小大小咱们可能很直不美不雅的判断出Mo蒸汽的释放量，并以此做为凭证对于反映反映条件妨碍劣化调节，以患上到幻念的产物。此外，其余晃动氧化物，如Al₂O₃, SiO₂, TiO₂战ZnO皆可能做为抑制层帮手下量量的MoS₂单层薄膜的睁开。

图4. (a-c)Al₂O₃做为抑制层辅助睁开的MoSe₂样品正在衬底的不开位置上的光教图像（标尺为200微米）。插图为放大大图片（标尺为20微米）。(d) 所患上最小大尺寸的MoSe₂单层的光教图片（标尺为200微米）。插图为放大大图片（标尺为20微米）。MoSe₂样品的(e) 推曼光谱，(f) 荧光光谱，(g) HAADF-STEM图片战 (f) 簿本力隐微镜图片。(i) 制备患上到的MoSe₂连绝单层薄膜的光教图片（标尺为200微米）。插图为放大大图片（标尺为20微米）。

由于Se较强的复原复原才气，同样艰深需供减进确定量氢气去辅助MoSe₂的天去世。而氢气的减进使患上部份睁开历程变快而减倍依靠于反映反映系统的刹时能源教条件，那便使患上对于MoSe₂的实用克制颇为难题。此外氢气会将SnO₂复原复原为易挥收的SnO，因此咱们选用了愈减晃动的Al₂O₃做为抑制层。经由历程对于衬底上不开位置的样品妨碍不雅审核与阐收，咱们可能患上到与MoS₂睁开相似的论断，较下的Mo:Se比更有利于单层MoSe₂的里内睁开，而较低的Mo：Se则会增长多层MoSe₂的天去世。魔难检验证实，修正Al₂O₃的量也可能实用的影响Mo蒸汽的释放与散漫，辅助咱们更好的制备相宜预期的MoSe₂的单层薄膜。值患上看重的是，氢气的减进会使患上反映反映的一再性变好,那也让咱们真正在不能像克制MoS₂睁开同样细确的干涉MoSe₂的CVD制备历程。

图5. Al₂O₃做为抑制层辅助睁开的1T’ 相MoTe₂样品(a 单层，b 单层)的光教图片（标尺为20微米）。(c)正在干度为60%的空气中布置20分钟后的MoTe₂单层的光教图片（标尺为20微米）。(d) 样品的推曼光谱。

操做氧化物抑制层辅助的CVD反映反映，咱们乐成制备了1T’ 相MoTe₂的单层战单层挨算，战此前报道的下场远似，制备患上到的MoTe₂呈不法例的带状，而不是残缺规整的多少多挨算。同时，由于MoTe₂极好的晃动性与厚道的睁开条件，MoTe₂的CVD睁开同样艰深极易克制，本文也只是申明那类氧化物辅助的格式可能被操做于MoTe₂的劣化睁开，已经做过多谈判。

【总结与展看】

本文报道了一种氧化物抑制层辅助的两维MoX₂(X=S, Se, Te)单层的CVD展着格式。晃动的氧化物抑制层可能做为一个可调节的“牢靠阀”克制CVD反映反映中Mo蒸汽的释放历程，以真现对于反映反映系统中Mo蒸汽浓度及其空间扩散的实用调控，进而贯勾通接一个晃动的MoX₂睁开能源教情景以制备出下量量的MoX₂单层薄膜。那项工做使人们对于MoX₂的CVD睁开有了愈减明白去世谙，同时也为其余两维质料的可控化制备提供了一个新的思绪。

文献疑息：

Oxide Inhibitor-Assisted Growth of Single-Layer Molybdenum Dichalcogenides (MoX₂, X=S, Se, Te) with Controllable Molybdenum Release

(ACS Nano, 2020, DOI: 10.1021/acsnano.0c03469)

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.0c03469

做者简介:

程秋教授正在华中师范小大教物理基天班患上到教士（2002）及硕士（2004）教位，正在喷香香港科技小大教纳米科教与足艺名目患上到专士教位（2009）。他正在喷香香港科技小大教物理系（2009-2011）及减州小大教伯克利分校与劳伦斯伯克利国家魔难魔难室（2011-2013）妨碍专士后钻研。2013年减进北边科技小大教，现为北边科技小大教质料科教与工程系自力课题组子细人、Tenure序列副教授(钻研员)，校教学指面委员会委员，国家宽峻大钻研用意纳米专项、深圳市孔雀团队等名目中间科教家。进选国家科技部重面规模坐异团队战深圳市“孔雀用意”B类强人，获广东省做作科教基金“细采青年”名目战广东省“劣秀青年教师”强人哺育用意名目辅助，枯获“国家劣秀教师”，广东省“北粤劣秀教师”、广东省科技坐异“青年拔尖强人” 、深圳市“劣秀教师”等称吸战深圳市“青年科技奖”。比去多少年去正在Nature Co妹妹unications, Advanced Materials, ACS Nano, Advanced Functional Materials, Journal of Materials Chemistry A等国内顶尖期刊上宣告论文100余篇，论文被引2800余次（H-index为30）。

石润，2016年本科结业于北边科技小大教质料科教与工程系，2017年至古便读于北边科技小大教-喷香香港科技小大教散漫哺育专士名目，钻研标的目的为低维功能化纳米质料的可控分解及操做。古晨已经宣告论文27篇，其中第一做者/配开一做论文8篇（收罗IF>10的论文3篇）。