Sintesis dan pencirian kepingan menegak dan filem nipis molibdenum disulfida (MoS2)

Abstract

Molibdenum disulfida (MoS2) ialah sejenis bahan dua dimensi yang telah mendapat perhatian penyelidikan kerana potensinya yang unggul dalam aplikasi elektronik, optoelektronik dan pemangkinan. Pemendapan wap kimia (CVD) adalah antara kaedah yang sering digunakan untuk mensintesis MoS2. Orientasi dan bilangan lapisan MoS2 yang berbeza mempunyai sifat yang berlainan. Kepingan nano menegak mempunyai luas permukaan yang tinggi dan ketumpatan pinggir terdedah yang tinggi, sesuai untuk digunakan sebagai pengesan gas, penyimpanan tenaga dan pemangkinan. Walau bagaimanapun, kesan jarak x antara MoO3 dan substrat terhadap pembentukan MoS2 menegak masih belum difahami dengan jelas. Filem nipis MoS2 beberapalapisan pula berpotensi dalam aplikasi elektronik dan optoelektronik dimana CVD multi-langkah ialah kaedah sintesis yang sesuai dan berkos rendah untuk menghasilkan filem nipis yang berterusan. Namun, pencirian struktur dan optik yang mendalam diperlukan untuk memahami bagaimana proses pasca-penyepuhlindapan dalam kaedah CVD multi-langkah memberi kesan kepada filem nipis MoS2. Objektif utama kajian ini adalah untuk menghasilkan dan mencirikan kepingan nano MoS2 menegak dan filem nipis MoS2. Bagi kepingan MoS2 menegak, jarak x yang rendah diperlukan untuk membentuk kepingan menegak yang besar dengan kepadatan 7 kepingan menegak/μm2, panjang kepingan ~770 nm dan ketebalan ~10 nm seperti yang telah disahkan oleh analisa mikroskop elektron pengimbasan pancaran medan (FESEM). Walau bagaimanapun, jarak x terlalu rendah akan menyebabkan kepingan yang lebih tebal (~13 kali). Pengukuran tindak balas evolusi hidrogen menunjukkan bahawa kepingan yang nipis mempunyai aktiviti mangkin yang lebih tinggi berbanding kepingan yang tebal dengan ketumpatan arus 10 mAcm-2 berbanding 0.8 mAcm-2 pada 540 mV vs Elektron Hidrogen Berbalik (RHE). Bagi filem nipis MoS2, selepas disepuhlindap pada suhu tinggi (900 oC), data spektroskopi Raman dan belauan sinar-X (XRD) menunjukkan kualiti hablur telah meningkat kerana penurunan lebar penuh pada separuh maksimum (FWHM). Spektroskopi UV-Vis menunjukkan peningkatan kepada serapan puncak-puncak eksiton A, B, C dan D setelah disepuhlindap pada suhu tinggi. Bagi sampel yang disepuhlindap oksigen pasca-pertumbuhan (80, 130, 180 dan 230 oC), tiada kesan ketara dapat dilihat berbanding dengan sampel yang disepuhlindap pada suhu tinggi. Transistor kesan medan (FET) dengan konfigurasi get atas berasaskan filem nipis MoS2 beberapalapisan telah difabrikasi menggunakan tetopeng bayang. Mobiliti elektron, voltan ambang dan nisbah arus buka/tutup yang diperoleh ialah masing-masing 2.10 × 10-1 cm2/Vs, 0.72 V dan 1.30 × 102. Kesimpulannya, pengoptimuman parameter sintesis memainkan peranan yang penting dalam CVD untuk mendapatkan kepingan atau filem nipis MoS2 yang berkualiti.