若想進一步提高二硫化鉬薄膜(MoS2薄膜)的半導體效能,可以透過調節層數與堆垛結構。研究表明,與單層、雙層AA堆垛結構的MoS2相比,三層MoS2具有更好的可調性、更高的光響應率和探測率等特點,更適合構築可調諧光電電晶體。
作為低維度過渡金屬硫族化合物的典型代表,二硫化鉬因具有原子級厚度、獨特的三明治晶體結構、可調的帶隙寬度與電子結構等,而表現出了優異的電學與光電效能,被廣泛認為是在未來足以取代矽成為後摩爾時代的最重要半導體材料之一。注意:層數和堆垛結構不同的MoS2的電學與光學性質也不相同。
目前,MoS2單晶薄膜主要是透過化學氣相沉積法(CVD)製備的,但由於貝塞爾平面(Basal Plane)呈現出了化學惰性,所以很難實現不同層數及堆垛結構MoS2的可控制備。
針對現有化學氣相沉積法的不足,有研究者對它進行了改良,透過引入NaCl,使其與氧化後鉬箔反應生成MoOxCly來作為誘導MoS2生長的前驅體,實現了超過99.5%的AA堆垛結構MoS2薄膜,且其層數僅與生長時間相關的可控制備。
在此基礎上,研究者構築了一系列層數的AA堆垛結構MoS2光電電晶體,研究了不同層數AA堆垛結構的MoS2內建電場及外場的調控與不同光場下的光電性質。其高光響應率、高光探測率展示出了AA堆垛結構MoS2優異的光電探測效能。另外,將電場與光場進行耦合,展示了光與電場對AA堆垛結構MoS2的協同調控機制,並實現了對其外量子效率以及光生載流子的調控。