[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019年6月23日-27日)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 二维过渡金属二硫化物的直接激光合成

摘要： 具有优异力学、电子和光学性能的纳米材料（相较于块体材料）的出现，要求发展一种能实现规模化、低成本合成的稳健技术。激光加工工艺可满足这一需求——该技术能以高精度和卓越的空间可控性制备此类材料[1]。针对石墨烯和纳米结构金属氧化物等纳米材料的直接激光合成技术，已在众多应用领域得到深入研究[2,3]。然而迄今为止，关于二维过渡金属硫化物（2D-TMDCs）激光加工的报道仍寥寥无几[4]，现有研究主要利用激光辐射通过升华作用将TMDC薄膜减薄至单分子层厚度[1]。但这种自上而下的方法难以实现大面积规?；?，且后续还需光刻图案化等工艺才能制备分立器件。 本文提出一种二维MoS?和WS?层的局部合成与图案化新方法。在常温常压环境下，通过对平面基底表面涂覆的特定前驱体进行空间选择性可见光激光辐照，即可实现这些材料的合成。随后单步完全去除未曝光的前驱体区域，即可显露出合成的2D-TMDCs。该方法能制备出横向尺寸接近聚焦激光束衍射极限的微图案化薄膜。图1(a)光学显微照片展示了激光合成的MoS?轨迹，清晰呈现无前驱体残留的规整微图案。采用此方法，我们已在多种玻璃和晶体基底上实现了厚度低至三个分子层（MoS?）和单层（WS?）的局部合成。通过调整前驱体化学成分和激光参数，可调控薄膜质量与厚度。我们运用多种微探针和光谱技术（包括光致发光光谱PL和X射线光电子能谱XPS）评估了沉积MoS?和WS?结构的品质与厚度。最后通过制备薄膜晶体管（TFT）验证了薄膜的电学功能——图1(b)展示了采用激光合成MoS?沟道的TFT转移特性曲线（源漏电流与栅压关系）。