Massproduktion av stora, enhetliga ark av molybdendisulfid i ett skikt, MoS2, är svårt, vilket begränsar dess kommersiella tillämpning. A*STAR-forskare har modifierat en befintlig tillverkningsteknik för att möjliggöra användningen av MoS2 i en rad olika teknologier från fotoenheter till flexibla, transparenta sensorer.

Det tvådimensionella materialet har väckt stor uppmärksamhet på grund av dess extraordinära fysiska, elektroniska och optoelektroniska egenskaper, inklusive flexibilitet, transparens och halvledande egenskaper. Men att tillverka i stor skala, defektfria enkla lager av MoS2 är mycket utmanande.

Dongzhi Chi och hans team från A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, i samarbete med kollegor från National University of Singapore och Indian Institute of Science Education and Research, har modifierat en nuvarande teknik, känd som kemisk ångavsättning (CVD), så att den nu kan producera enhetlig, centimeterstora ark av MoS2-kristaller med stora kornstorlekar.

"De fysiska egenskaperna hos MoS2 varierar mycket med dess tjocklek, " förklarar Chi, "för att behålla sina anmärkningsvärda elektroniska och fysikaliska egenskaper behöver vi en metod som enhetligt kan deponera MoS2-filmer över ett stort område med hög kristallinitet."

Även om CVD är en effektiv teknik för att tillverka stora ytor, enhetliga ark av MoS2 av varierande tjocklek på olika substrat, och betydande framsteg har gjorts för att förbättra kvaliteten på MoS2-monoskikt som produceras med tekniken, liten uppmärksamhet har ägnats åt att kontrollera de kemiska ångorna med hjälp av fysiska barriärer under tillväxten av MoS2-kristaller.

Genom att införa en nickeloxidbarriär (NiO) forskarna kunde kontrollera koncentrationen och fördelningen av kemiska ångor under tillväxten av MoS2-kristaller. Eftersom NiO reagerar med molybdentrioxid (MoO3), en av de kemiska reaktanter som används i tillväxtprocessen, det fångar och sänker MoO3-koncentrationen, möjliggör enhetlig avsättning av monoskikt av MoS2 över ett stort område.

"Fördelen med detta tillvägagångssätt är den enkla implementeringen samt en minskning av kontamineringen, och det möjliggör kontroll av den kemiska exponeringen under tillväxtprocessen, säger Chi.

Arbetet har lett till ytterligare framsteg i tillverkningen av enhetliga och stora MoS2-monoskikt, och kan även appliceras på andra tvådimensionella material.

"Vi letar nu efter att skala upp vår tillverkningsprocess för att producera ännu större ark, som skulle kunna bana väg för nästa generations optoelektroniska och sensorteknologier, säger Chi.