利用激光減薄多層二硫化鉬制備單層樣品

2008年石墨烯的發(fā)現(xiàn)掀起了二維材料研究的熱潮，2011年高性能單層二硫化鉬晶體管的制備掀起了二維半導(dǎo)體材料研究熱潮，大家開始對二維材料有了更多的期待。隨后幾年，很多基于二硫化鉬的經(jīng)典文章發(fā)表出來，它們構(gòu)建了現(xiàn)有二維半導(dǎo)體材料的基礎(chǔ)的理論和實驗體系。說這么多是因為這次要和大家介紹的這篇文章年代略久遠(yuǎn)，發(fā)表于2012年，文章研究的核心點是利用激光減薄多層二硫化鉬制備單層樣品。

圖1 機械剝離二硫化鉬樣品激光處理前后的顯微鏡圖以及AFM表征

文章所用的激光光源為Renishaw in via RM 2000拉曼光譜儀，激光波長514 nm。當(dāng)激光功率為10 mW，掃描步進為400 nm，曝光時間為0.1 s時可以實現(xiàn)對20層及以下的二硫化鉬進行減薄至單層，且Z-掃描比光柵掃描得到的樣品更為均勻，效果更好。

圖2 不同層MoS2樣品拉曼表征結(jié)果比較

圖3 不同層MoS2樣品PL表征結(jié)果比較

激光加工的單層MoS2樣品的拉曼峰值差要略大于機械剝離的單層MoS2樣品，這是因為激光加工會在MoS2樣品表面存在一些樣品殘留，激光加工樣品的AFM測試的粗糙度更高也是這個原因。不知道能否通過一些清洗or其他的程序得到改善。此外，拉曼加工的速度可以達到8 μm2/min。

圖4 機械剝離與激光加工單層MoS2晶體管性能對比

制備的晶體管性能幾乎一致，開關(guān)比在103左右，用來驗證激光加工的單層MoS2樣品質(zhì)量和機械剝離的差距不大。這里器件開關(guān)比差的原因主要是因為沒有優(yōu)化接觸，且柵電壓掃描范圍小。這種情況下機械剝離制備的單層MoS2晶體管性能處于比較差的水平，我認(rèn)為是比較難看出激光加工出的MoS2樣品的實際質(zhì)量，就很難準(zhǔn)確判斷和機械剝離樣品之間的差距。

圖5 激光功率對減薄的影響

從實驗中我們可以看到，激光功率的變化對應(yīng)于二硫化鉬層數(shù)的變化是非線性的，至少這個實驗下是這樣的結(jié)果。也就是激光功率在10-17 mW之間，都可以實現(xiàn)多層MoS2樣品的減薄，選功率小的是減少損傷；激光功率大于17 mW，二硫化鉬樣品將會被激光直接切割。激光功率<10 mW的情況沒有做特別的說明，筆者也沒有搜集更多的資料，感興趣的小伙伴可以去查看下其他引用文獻的相關(guān)成果。

審核編輯：劉清