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

Mar 18, 2024

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 mediante evaporación por haz de electrones, y se hizo crecer una película triangular de MoS2 mediante sulfuración 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 espectroscopía 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 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 gran superficie de MoS2 monocapa sobre un sustrato de zafiro mediante sulfuración directa en un entorno adecuado. El espesor de la película de MoS2 determinado mediante medición AFM es de aproximadamente 0,73 nm. La diferencia máxima entre el desplazamiento de la medición Raman de 386 y 405 cm-1 es 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 ponedoras crecidas. Según la observación de las imágenes del microscopio óptico (OM), el MoS2 crece continuamente desde una sola capa de granos monocristalinos triangulares discretamente distribuidos hasta una película de MoS2 de una sola capa y gran área. Este trabajo proporciona una referencia para el cultivo de MoS2 en un área grande. Esperamos aplicar esta estructura a varias heterouniones, sensores, células 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 sólo pueden poseerlas 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 científicos discuten y estudian ampliamente los materiales bidimensionales. Muchos métodos, incluida la exfoliación mecánica12,27,28,29,30, tiomolibdato de amonio descompuesto térmicamente31,32,33,34, sulfuración 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 área grande es un desafío. La razón es que el 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 gran área, lo que dificulta el despliegue de la producción de dispositivos electrónicos. Por lo tanto, la síntesis de películas delgadas de MoS2 de gran área ha atraído mucha atención de la investigación.

El método de cultivo de este estudio es la sulfuración directa utilizando molibdeno/óxido de molibdeno, que también propuso Lin et al.35 en 2012. El proceso principal consiste en realizar una reacción de sulfuración directa sobre un sustrato recubierto con óxido de molibdeno para obtener una película delgada de MoS2. Se coloca trióxido de molibdeno (MoO3) de aproximadamente 3,6 nm sobre 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 una mezcla de gas Ar/H2 (Ar:H2 = 4:1) bajo una presión controlada de 1 Torr para convertir MoO3 en MoS2. La ecuación de reacción es la siguiente:

En la segunda etapa el tiempo de calentamiento es de 30 min. Primero se coloca azufre en polvo en un tubo y se introduce una mezcla de gas 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 reacción es la siguiente:

La ventaja de la sulfuración directa del óxido de molibdeno es que puede hacer 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 sobre un sustrato de Si/SiO2 utilizando un método CVD de pulverización catódica de dos pasos. El primer paso implicó la deposición de películas delgadas de Mo sobre el sustrato mediante pulverización catódica de Mo metal. En el segundo paso, se empleó CVD a baja presión para sintetizar MoS2. Se utilizó 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 área grande a partir de películas delgadas de Mo, y el espesor de las películas de MoS2 sintetizadas se pudo modular variando los tiempos de pulverización. Los estudios antes mencionados indican que se pueden sintetizar películas delgadas de MoS2 de gran área mediante un proceso CVD. Esto implica exponer una película delgada que contiene Mo a polvo de azufre en un ambiente 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 una superficie sustancial.

En este estudio, presentamos la síntesis de películas delgadas de MoS2 mediante un proceso CVD. Nuestros hallazgos indican que una película delgada de Mo se puede convertir en una película delgada de MoS2 usando 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 sobre 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 altas. Este enfoque es compatible con los procesos de semiconductores convencionales y puede ampliarse 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 recubrió previamente con una película de MoO3 de 5 Å mediante deposición por pulverización catódica. Posteriormente se realizó la sulfuración directa utilizando azufre en polvo (S) de 99,98% de pureza. El propósito es evitar residuos de impurezas que afecten la deposición química de vapor o impurezas de residuos monocristalinos. El tubo de cuarzo y el crisol cerámico del tubo del horno de alta temperatura (Tubular Thermal) se limpian con agua regia. Las concentraciones de ácido nítrico y ácido clorhídrico en agua regia son del 37% y del 68 al 69%, respectivamente, para evitar que queden impurezas del crecimiento anterior en el proceso de limpieza.

El proceso de este estudio se muestra en la Fig. 1. Primero se preparó un sustrato de zafiro de 2 pulgadas con 300 nm de espesor predepositado con 5 Å MoO3, se cortó en cuatro partes iguales y se limpió con vibración ultrasónica en acetona durante 10 minutos para eliminarlo. 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 minutos. Se recogió la muestra y se utilizó una pistola de nitrógeno a alta presión para eliminar la humedad de la superficie del sustrato. Se utilizó sulfuración directa para cultivar 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 se eliminó el exceso de vapor de agua y oxígeno en el tubo de cuarzo durante 10 minutos. La muestra se cultivó con un caudal de argón de 400 sccm a una velocidad de calentamiento de 30 °C por minuto. La temperatura de crecimiento fue de 750 °C, que se mantuvo durante 5 min. Una vez completado 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 disminuyó 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. Se colocó un sustrato de zafiro de 1/4 de dos pulgadas con 1,2 g de polvo de azufre (S) como precursor sobre un crisol en el tubo de un horno. El punto de vaporización del Mo está por encima de 650 °C y el punto de vaporización del S está por encima de 200 °C; como tal, el Mo en la fase gaseosa en 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 hacia el sustrato y reaccionará con azufre vaporizado para formar una película de MoS2. La distancia entre el sustrato y la capa de azufre es de 24 cm. El MoS2 monocapa de gran superficie se puede preparar eficazmente mediante sulfuración directa. Este método no solo produce materiales monocristalinos de alta calidad, sino que también prepara una película de gran superficie distribuida uniformemente, lo que resulta beneficioso para la posterior fabricación 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 distribuciones de formas en el sustrato. La Figura 2 muestra el microscopio óptico (OM) de MoS2 cultivado sobre 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 OM en la posición b en la Fig. 2a, en la que encontramos una sola capa de MoS2 cultivada 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 en la Fig. 2a, donde el crecimiento del MoS2 de una sola capa no es tan bueno como el de la posición b, pero el MoS2 de una sola capa cubre un área más grande. La Figura 2d muestra la imagen OM en la posición d en la Fig. 2a, en la que la monocapa 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 monocapa MoS2. La Figura 2e es la imagen de OM en la posición e en la Fig. 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 OM en las posiciones (b – e) corresponden a las posiciones indicadas en el sustrato en (a).

Analizamos el crecimiento de la 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 cultivado en el sustrato de zafiro. El tamaño del 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 completamente triangular. 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 disperso de MoS2 sobre sustrato de zafiro.

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

Realizamos mediciones Raman en la muestra de sustrato de zafiro cultivada con MoS2. Como fuente de luz de excitación se utilizó un láser con una longitud de onda de 532 nm. 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 Fig. 2a. Tomamos los puntos negro, rojo y azul del interior 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 en la Fig. 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 desplazamiento 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 gran superficie 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 Fig. 5d. El sustrato de zafiro se identifica como la porción verde. La distribución del MoS2 monocapa muestra un perfil relativamente plano que va del verde claro al amarillo y progresa hacia el rojo anaranjado en el gráfico. El tamaño del mapeo de 50 μm × 50 μm muestra un área de muestreo limitada, pero la distribución permanece consistentemente plana. Esto se verifica aún más mediante la medición Raman, que demuestra una distribución uniforme de MoS2 de una sola capa. Estos hallazgos resaltan el potencial del MoS2 como material adecuado para la producción de dispositivos semiconductores.

El espesor de la película delgada de MoS2 se determinó mediante medición AFM. Los resultados de la morfología de la superficie y el perfil de altura se muestran en las figuras 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 sobre el sustrato de zafiro es de 0,72 nm desde el perfil de altura de la línea de la sección transversal en la Fig. 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, oscila entre 0,55 y 2,35 nm. Es importante señalar 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 relativamente uniforme de moléculas, 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 de la superficie del sustrato de zafiro y MoS2, (b) es el resultado del perfil de altura de (a) sección transversal, (c) es la morfología de la superficie de 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 del 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 del 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 cultivado tiene una estructura de una sola capa.

Resultados de la medición PL de monocapa MoS2, la banda de luminiscencia está a 677 nm y la energía de conversión es 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 oxisulfuro de molibdeno (MoOxS2-y) para el crecimiento de MoS2 multicapa y (2) dos polígonos irregulares terminados en los bordes principales para el crecimiento. de MoS2 monocapa, el borde S-Mo Klein y el borde en zigzag de Mo, que aparecen aproximadamente en cantidades iguales45. La morfología luego evoluciona hacia una forma casi triangular con bordes serpenteantes predominantes de Mo. Utilizando un sistema CVD para hacer crecer MoS2, se puede estudiar el impacto del caudal de gas en el crecimiento de MoS2. El caudal de Ar se varió entre 200 y 500 sccm. Los resultados muestran que un caudal más rápido produjo principalmente capas individuales, mientras que un caudal más lento dio como resultado 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 MoS2 en monocapa. 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. investigaron más a fondo los cristales semilla responsables de los dos mecanismos de crecimiento y el impacto de la temperatura, además del caudal de gas, en la tasa de deposición46. Los resultados experimentales del estudio revelaron que la temperatura con un punto de nucleación central desempeñaba un papel importante en la formación de los cristales semilla.

Al mismo tiempo, Taheri et al. demostró que se propuso un mecanismo de tres etapas para el crecimiento de MoS247. La primera etapa implica la evaporación de MoO3, que puede verse facilitada por la presencia de azufre. Esto puede resultar en la reducción parcial de MoO3 para formar MoS2 o en la creación de oxisulfuro de molibdeno, los cuales son de naturaleza volátil. El óxido de molibdeno evaporado luego se difunde a regiones del sustrato con concentraciones más bajas de molibdeno, como resultado de la diferencia de potencial químico. Los resultados experimentales de Taheri et al. revelaron que bajo las condiciones utilizadas en su estudio, las longitudes de difusión pueden alcanzar valores en el rango de decenas de micrómetros. Este proceso juega 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 mediante procesos como la sustitución de azufre, la reorganización de la red y la redistribución del material. Esto conduce a la formación uniforme de triángulos monocristalinos de MoS2 a través del 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 llenado de cualquier espacio y la formación de triángulos continuos con un mínimo de crecimiento excesivo y vacíos. Mientras tanto, las nanopartículas se evaporan y no se consumen. A diferencia del proceso de crecimiento de la ECV, no existen 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 resulta en una cobertura continua de MoS2. Un aspecto único del proceso de síntesis es el cese del flujo de gas portador durante la etapa de enfriamiento. Aunque el 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 crecidos en el sustrato durante un período más largo, evitando así una mayor evaporación de la película. Experimentos controlados realizados por Taheri et al. demostraron que se logró una retención parcial de MoS2 después del recocido a 700 °C durante 30 minutos en presencia de azufre. Por el contrario, el flujo de aire continuo durante el enfriamiento provocará una lenta evaporación del MoS2, lo que provocará su pérdida gradual y dará lugar a la formación de discretas islas triangulares. Esto fue confirmado por el experimento donde se observó la evaporación completa de MoS2 después de sólo 5 minutos de recocido a 650 °C en presencia de un flujo de nitrógeno. Estos resultados respaldan firmemente el papel del vapor de azufre en el crecimiento continuo de MoS2. Según 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 un crecimiento de 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 conducir a 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 una fragmentación hasta una distribución más uniforme y de gran superficie.

La medición de espectroscopía Raman mostró que el MoS2 crecido presenta 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 de 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 espesor 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 espectroscopía 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 en áreas grandes en algunas áreas del sustrato de zafiro cambiando los parámetros mediante 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 gran área en la deposición química de vapor. Además de ajustar los parámetros, el método puede lograr una película delgada continua de aproximadamente 500 μm × 500 μm. La segunda parte es el análisis de los resultados de la espectroscopia Raman, la espectroscopia de fotoluminiscencia, la microscopía de fuerza atómica y la microscopía electrónica de barrido. La película de MoS2 de gran superficie está compuesta de MoS2 triangular disperso. La película de MoS2 cultivada tiene monocapas. En resumen, se pueden lograr capas moduladas deseables con una gran área de MoS2 mediante técnicas de crecimiento que utilizan metales de transición depositados previamente con sulfuro mediante deposición secuencial de metales de transición y sulfuración directa.

Los trabajos futuros deberían generar películas delgadas de MoS2 de una sola capa de gran área mediante sulfuración directa para desarrollar películas delgadas de MoS2 para transistores de efecto de campo. En el pasado, los semiconductores utilizaban materiales tridimensionales y las propiedades físicas y las estructuras del dispositivo se desarrollaban en el nodo de 3 nm. La presente investigación utilizó materiales bidimensionales, con un espesor inferior a 1 nm (de 1 a 3 capas de espesor atómico), lo que se acerca más al 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 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 superficies para superar los problemas existentes y mejorar el desempeño eficiente de la generación de energía.

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

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Esta investigación fue apoyada por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de la República de China en el marco de las subvenciones NSTC 111-2221-E-194-007. Este trabajo fue apoyado financiera o 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., Distrito de Lingya, Ciudad de Kaohsiung, 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 de Ciencias de Rusia, 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 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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Conceptualización, KYY, H.-TN e Y.-MT; metodología, H.-CW; software, Y.-MT; validación, Y.-MT, SBA y VEF; análisis formal, C.-WH, H.-CW; investigación, H.-TN; recursos, SBA y VEF; curación de datos, KYY, H.-TN e Y.-MT; redacción: preparación del borrador original, H.-TN; redacción: revisión y edición, C.-WH, H.-CW; visualización, C.-WH, H.-CW; supervisión, C.-WH, H.-CW; administración de proyectos, C.-WH, H.-CW; adquisición de financiación, C.-WH, H.-CW Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.

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 mediante sulfuración directa. Representante 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 de mayo de 2023

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

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