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[交流] CVD法制备层数可控的MoS2范德华异质结已有3人参与

文章来源：低维材料

范德华异质结(Van der waalsheterostructure)是最近两年逐渐兴起的研究领域。随着二维材料的研究深入，并由Geim于2013年在Nature上发表同题文章后，这一概念吸引了研究者的注意。从石墨烯、氮化硼到过渡金属硫化物，科研工作者们在玩转二维材料之后，开始搭积木般地研究他们的组合性质，寻找“1+1>2”的可能。
这种由范德华力键合的异质结通常由外延生长法制备。由于层间范德华力的存在，异质结不再像传统材料一样受到晶格匹配的严格限制；此外，其理论上可存在原子级陡峭的载流子梯度，因而在晶体管、光探测器、太阳能存储等多方面都具有极高的研究价值。

图1 制备SnS2基底和MoS2异质结的方法及表征示意

对于范德华异质结的研究，首先需要掌握其层数可控的制备。与石墨烯的研究路线相同，范德华异质结最早由机械剥离法制备得到。这种方法大道至简，但无法适应规模化生产的要求。比起机械剥离和溶剂剥离，CVD外延生长方法不仅能够实现规模化制备，而且具有更好的界面性质，被认为是制备范德华异质结的发展方向。
CVD方法制备横向和纵向的范德华异质结的实验成果都已见报道。其困难在于，高性能异质结的制备不仅与其目标产物有关，还与前驱体的反应活性相关。由于高温下不同材料的化学相容性不同，制备时往往会出现两种材料部分覆盖的情况，影响异质结性能。

图2单层MoS2-SnS2异质结的表征：(a,b)Raman光谱、PL；(c-e)光学显微镜照片、PL mapping；(f-h) SEM照片、EDSmapping

近期，Universityof WisconsinMadison的Jin Song团队展示了一种二维异质结的CVD直接制备方法，可实现MoS2在多种基底（SnS2、TaS2、石墨烯）上的紧密贴合和完全覆盖。由于使用了挥发性更强的金属卤化物作为前驱体，能够更好的控制低温（<500℃）的分压，从而提高了实验的可控性和可重复性。
通过反应温度、时间、湿度控制，MoS2可在基底上实现单层至六层的可控生长。HRTEM和Raman光谱、光致发光谱确认了MoS2的层数控制，EDS mapping表明MoS2的均匀覆盖，并且在生长过程中被限制性地生长为层状材料。

图3 单层MoS2-SnS2异质结的HRTEM结构、亮度直方图、FFT图

将异质结做成聚合物超薄切片，其截面HRTEM可观察到层状堆叠结构。将层间距用柱形统计图表示，可见除最顶层以外，其他层间距均为0.58 nm，表面体相部分是SnS2基底（晶格常数5.899 Å）；最顶层厚度0.64 nm，具有MoS2的特征（晶格常数12.299 Å）。FFT分析表明截面沿[110]晶轴生长。

本文主要参考以下文献，图片仅用于对相关科学作wanced品的介绍、评论以及课堂教学或科学研究，不得作为商业用途。如有任何版权问题，请随时与我们联系！
相关研究成果最近刊登在知名刊物ACS NANO上。
SamadL, Bladow S M, Ding Q, et al. Layer-Controlled Chemical Vapor Deposition Growthof MoS2 Vertical Heterostructures via van der Waals Epitaxy[J]. ACS nano, 2016.

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