外延生长二维有机单分子层对单层MoS2的表面钝化学术资讯

来源：中国科学杂志社

香港中文大学许建斌教授课题组使用了一种外延生长的二维有机小分子PTCDI-C13，利用该分子与二硫化钼之间的范德瓦尔兹相互作用对二硫化钼的表面进行钝化处理。该研究已在Science Bulletin在线发表。

单层二硫化钼（MoS2）因其原子尺度薄以及具有直接能带带隙的特点，被认为在场效应晶体管以及光电检测方面有巨大的应用前景。但是使用化学气相沉积生长的MoS2受限于其表面存在很多硫空位缺陷以及与空气中的水和氧气的结合，器件的电子学以及光电子学性能会受较大影响。由于MoS2表面缺乏悬挂键，用传统的原子层沉积技术难以形成超薄的氧化物钝化层。

有鉴于此，香港中文大学许建斌教授课题组发展了一种在MoS2表面外延生长二维有机分子PTCDI-C13的技术，利用该分子与MoS2之间的范德瓦尔兹相互作用对MoS2表面进行钝化处理。这种钝化主要有两方面的作用：一方面MoS2表面会形成一层完全覆盖的单分子层，能够有效地隔绝空气中水和氧气与MoS2的接触；另一方面，有机分子能够修复MoS2的表面缺陷，进一步提高钝化效果。

通过对比钝化前后MoS2场效应晶体管器件性能变化，他们发现PTCDI-C13单分子层对MoS2表面进行了有效钝化，将MoS2的载流子迁移率从0.5提高到8.3 cm2/(V s), 同时其亚阈值摆幅从16.7减小到 1.6 V/dec。另外，器件的空气稳定性大幅提高。在光电响应测试中，钝化之后的器件在光响应度保持同一量级的基础上，速度比钝化之前提高了3个数量级。而此前的钝化方法一般在提升响应速度的同时会大幅牺牲响应度。这种简易、大规模、超薄层的钝化方法为MoS2的工业化应用提供了一个良好的基础，也为优化其他不稳定的二维材料器件性能提供了一个可能方向。

文章信息：

Xin Xu, Zefeng Chen, Beilei Sun, Yu Zhao, Li Tao, Jian-Bin Xu. Efficient passivation of monolayer MoS2 by epitaxially grown 2D organic crystals. Science Bulletin, 2019, https://doi.org/10.1016/j.scib.2019.09.009

来源：scichina1950 中国科学杂志社

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