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Jun 23, 2023

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Scientific Reports volume 6, Artigo número: 20343 (2016) Citar este artigo 10k Acessos 223 Citações Métricas detalhes O filme bidimensional de dissulfeto de tungstênio semicondutor em camadas (WS2) exibe

Scientific Reports volume 6, Artigo número: 20343 (2016) Citar este artigo

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O filme bidimensional de dissulfeto de tungstênio (WS2) semicondutor em camadas apresenta grandes perspectivas promissoras nas aplicações fotoelétricas devido à sua propriedade única de conversão fotoelétrica. Aqui, neste artigo, relatamos a fabricação simples e escalonável de filmes WS2 homogêneos, de grande porte e transferíveis, com espessura de dezenas de nanômetros, por meio de pulverização catódica de magnetron e processo de pós-recozimento. Os filmes WS2 produzidos com baixa resistência (4,2 kΩ) são utilizados para fabricar fotodetectores sensíveis de banda larga na região ultravioleta a visível. Os fotodetectores exibem excelentes propriedades de fotoresposta, com alta responsividade de 53,3 A/W e alta detectividade de 1,22 × 1011 Jones a 365 nm. A estratégia relatada abre um novo caminho para o crescimento em larga escala de filmes WS2 uniformes e transferíveis de alta qualidade para várias aplicações importantes, incluindo fotodetectores de alto desempenho, células solares, células fotoeletroquímicas e assim por diante.

O isolamento bem-sucedido do grafeno da grafite atraiu muita atenção devido às suas atraentes propriedades elétricas e mecânicas1,2 e ao seu grande potencial em aplicações eletrônicas e fotônicas avançadas3,4,5,6,7,8. No entanto, o bandgap zero do grafeno limita sua aplicação em optoeletrônica. Recentemente, o surgimento de dichalcogenetos de metais de transição (TMDs) bidimensionais (2D) semelhantes ao grafeno remediou muito bem a desvantagem do bandgap zero e atraiu enorme atenção devido às suas propriedades semicondutoras e potencial para várias aplicações ópticas, elétricas e fotoelétricas . ,11,12. WS2 e MoS2 são os dois TMDs mais típicos com estrutura em camadas construídas a partir de unidades atômicas de três camadas SW / Mo-S . Comparado com o MoS2, o WS2 possui maior estabilidade térmica e faixa de temperatura operacional mais ampla , possuindo um bandgap controlável variando de 1,4 a 2,1 eV dependendo da estrutura de camada adequada , levando a uma ampla banda de absorção de UV para Visível (UV-Vis). Além disso, foi relatado que WS2 tem forte absorvância de até 5 ~ 10% da luz solar incidente na espessura de ~ 1 nm, uma ordem de grandeza maior que GaAs e Si17, mostrando grande potencial para fotocatálise, células solares e alta responsividade Aplicações de fotodetectores UV-Vis.

A preparação de filme fino WS2 de grande área uniforme é a etapa mais fundamental para a fabricação de vários dispositivos. Os filmes WS2 podem ser preparados através de métodos top-down ou bottom-up. O método top-down por meio de esfoliação mecânica ou química da forma de cristais a granel tem dificuldade em controlar o tamanho e a espessura e obter filmes WS2 uniformes . Entre os métodos bottom-up, a deposição química de vapor (CVD) pode comumente produzir filmes 2D monocristalinos de grandes áreas, como o grafeno monocamada , no entanto, para TMDs (MoS2, WS2), não houve relatos sobre a preparação de escala de wafer filmes monocristalinos pelo método CVD ainda, exceto para a preparação de MoS2 triangular de tamanho micrométrico e WS222,23,24. Quanto à preparação de filmes policristalinos de TMD, o método de deposição por pulverização catódica com magnetron provou ser melhor que o método CVD devido à sua simplicidade, baixo custo, alta velocidade de produção e escalabilidade.

Neste trabalho, um método de pulverização catódica de magnetron facial e escalonável foi empregado para fabricar o filme WS2 policristalino contínuo transferível de tamanho centimétrico com espessura de ~ 25,2 nm, que é então usado para produzir fotodetectores UV-Vis de alto desempenho, mostrando excelentes propriedades de foto-resposta de a região ultravioleta para visível (365–650 nm), como alta responsividade (53,3 A/W), alta detectividade (até ≈1011 Jones) a 365 nm. Portanto, espera-se que estes filmes WS2 transferíveis de alta qualidade e de grande área tenham grandes aplicações potenciais não apenas em fotodetectores, mas também em outros dispositivos funcionais fotoelétricos.