Massaproductie van grote, uniforme vellen enkellaags molybdeendisulfide, MoS2, is moeilijk, wat de commerciële toepassing ervan beperkt. A*STAR-onderzoekers hebben een bestaande productietechniek aangepast om het gebruik van MoS2 in een reeks technologieën mogelijk te maken, van fotoapparatuur tot flexibele, transparante sensoren.

Het tweedimensionale materiaal heeft veel aandacht getrokken vanwege zijn buitengewone fysieke, elektronische en opto-elektronische eigenschappen, inclusief flexibiliteit, transparantie en halfgeleidende eigenschappen. Maar op grote schaal fabriceren, defectvrije enkele lagen MoS2 is een grote uitdaging.

Dongzhi Chi en zijn team van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, in samenwerking met collega's van de National University of Singapore en het Indian Institute of Science Education and Research, een huidige techniek heeft aangepast, bekend als chemische dampafzetting (CVD), zodat het nu uniform kan produceren, centimeter grote vellen MoS2-kristallen met grote korrelgroottes.

"De fysieke eigenschappen van MoS2 variëren sterk met zijn dikte, " legt Chi uit, "Om zijn opmerkelijke elektronische en fysieke eigenschappen te behouden, hebben we een methode nodig die MoS2-films uniform kan afzetten over een groot gebied met een hoge kristalliniteit."

Hoewel CVD een effectieve techniek is voor het vervaardigen van grote oppervlakken, uniforme vellen MoS2 van verschillende diktes op verschillende ondergronden, en er is aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het verbeteren van de kwaliteit van MoS2-monolagen die door de techniek worden geproduceerd, er is weinig aandacht besteed aan het beheersen van de chemische dampen met behulp van fysieke barrières tijdens de groei van MoS2-kristallen.

Door een nikkeloxide (NiO) barrière te introduceren, de onderzoekers waren in staat om de concentratie en verdeling van chemische dampen tijdens de groei van MoS2-kristallen te regelen. Omdat NiO reageert met molybdeentrioxide (MoO3), een van de chemische reactanten die worden gebruikt in het groeiproces, het vangt en verlaagt de MoO3-concentratie, waardoor de uniforme afzetting van monolagen van MoS2 over een groot gebied mogelijk is.

"Het voordeel van deze aanpak is het gemak van implementatie en een vermindering van vervuiling, en het zorgt voor controle van de chemische blootstelling tijdens het groeiproces, " zegt Chi.

Het werk heeft geleid tot verdere vooruitgang in de fabricage van uniforme en grote MoS2-monolagen, en kan ook worden toegepast op andere tweedimensionale materialen.

"We zijn nu op zoek naar een opschaling van ons fabricageproces om nog grotere platen te produceren. die de weg zouden kunnen effenen voor opto-elektronische en sensortechnologieën van de volgende generatie, " zegt Chi.