第二届Wiley Online Library优秀文章推荐大赛北区一等奖作品回顾

中科院国家纳米科学中心的许凯向我们推荐了发表在Advanced Materials上的文章Synthesis of Large-Area MoS2 Atomic Layerswith Chemical Vapor Deposition。以下是许凯的参赛作品原文:

一、背景介绍

首先感谢wiley提供给我们研究生这次分享文章交流学习的机会。

   我是2011级国家纳米科学中心的硕博研究生。进入课题组时,恰逢石墨烯研究热度降低,二维层状过渡元素硫族化合物进入人们的视野,尤其Kis. A教授团队在nature nano上发表了一篇关于单层MoS2晶体管的文章,器件的迁移率至少达到200cm2 V-1 s-1,开关比更是达到了108。然而在当时包括MoS2在内的众多二维层状化合物中,材料的制备也仅仅限于运用类似剥离石墨稀的机械剥离方法。这种方法具有产率低、制备随机性很强和难以得到面积大材料的特点。因此,迫切需要另外一种方法来制备高产率、大面积、均匀的二维层状材料。而化学气相沉积是制备大面积固态薄膜的应用最广泛的方法,已经成功合成出了石墨烯、BN等单层薄膜,克服了机械剥离方法的局限性。

二、文章概要

 T. Lin团队成功的运用化学气相沉积的方法合成出了大面积的二维单层MoS2薄膜,并对合成的材料进行了详细的表征,最后用单层MoS2制备了一个场效应晶体管,器件的性能非常好。

图1

 图1(a)示意的画出了生长的过程。用光学显微镜可以看到MoS2薄膜是由三角形状的薄片组成的,厚度用原子力显微镜表征,大约是一个单原子层的厚度0.72nm。

图2

 图2运用拉曼光谱和半导体的光致发光效应表征了MoS2的光学性质。从拉曼峰A1g和E2g之间的差值可以判定MoS2的层数。而光致发光的两个峰对应直接带隙的两个峰。这与之前MoS2的研究结果都对应的很好。它们的mapping图也说明合成的MoS2薄膜的均匀性。

MoS2之所以广受关注,就是因为其在光学、电学和光电转换方面有着巨大应用前景。图3是MoS2场效应管的转移曲线。从图中可以看到,开关电流比有104,计算的有效迁移率也有0.02 cm2 V-1s-1,没有手撕MoS2薄膜的迁移率高可能是因为整块薄膜是由很多三角片组成,这些三角片之间并没有很好的结晶性。

三、推荐理由

1.      文章价值

我推荐的这篇文章是Adv. Mater.杂志出版的。Adv. Mater.杂志自不必多说,材料类的顶尖杂志,近几年IF也逐年增长。这篇文章是首次运用化学气相沉积的方法合成了二维层状材料,是二维层状材料在化学气相沉积方面的典范之作。对于随后的二维层状材料的合成研究,具有重大的意义。另外,文章也具有很强的创新性,比如利用rGO和PTAS作为MoS2种子的方法,在其它杂志所发表的二维层状材料的合成的文章中都有明确的体现。

2.      选题要前沿热点

T. Lin团队是在nature nano.那篇文章出来不久之后,所进行的合成MoS2的工作。由于机械剥离MoS2存在各种问题,抓住MoS2制备这一个关键点。所以,这启发我选题要前沿,追踪热点问题,同时要做别人没有做过的东西,有一定的创新性。

3.      结合自己课题组的优势

在T. Lin团队所做的MoS2制备的启发下和对我们课题组有了较深认识的情况下,我初步把研究课题定为二维层状材料的合成和器件制备。我们课题组的优势在于运用各种方法,包括化学气相沉积、物理气相沉积、化学溶剂热法等,合成低维无机半导体纳米材料。而二维层状过渡元素硫族化合物和我们的特点优势契合。所以,在之后的这两三年里,我一直从事

二维层状材料的合成和器件制备,并取得了一定的进展。我的第一个小课题就是WSe2的可控生长和器件制备。依然记忆犹新的是,我拿着这篇合成MoS2的文章,读了不下几十遍,反复钻研,掌握其中合成的关键。基于此,我也成功的合成出了WSe2的单层的三角片,已经发表。所以这篇文章应该是我科研道路上的第一个指明灯。