Электронная структура и динамика фотовозбужденных носителей заряда двумерных твердых растворов MоS2xSe2(1-x) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Пименов Никита Юрьевич

• Пименов Никита Юрьевич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Пименов Никита Юрьевич

Список сокращений

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ДВУМЕРНЫЕ ДИХАЛЬКОГЕНИДЫ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПОСОБЫ ИХ МОДИФИКАЦИИ

1.1. Двумерные материалы

1.2. Свойства дихалькогенидов переходных металлов

1.3. Твердые растворы дихалькогенидов переходных металлов

1.4. Применение двумерных дихалькогенидов переходных металлов в устройствах современной наноэлектроники

1.5. Выводы по главе

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВУМЕРНЫХ ДИХАЛЬКОГЕНИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

2.1. Метод микромеханической эксфолиации

2.2. Метод химического осаждения из газовой фазы

2.3. Метод конфокальной оптической микроскопии

2.4. Метод атомно-силовой микроскопии

2.5. Метод фотолюминесцентной спектроскопии

2.6. Метод спектроскопии комбинационного рассеяния

2.7. Метод спектроскопии временного разрешения

2.8. Метод функционала плотности

2.9. Выводы по главе

ГЛАВА 3. ЗАВИСИМОСТЬ ШИРИНЫ ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНЫ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ДВУМЕРНЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ДПМ ОТ СТЕХИОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА

3.1. Параметры расчета зонной структуры твердых растворов

3.2. Зонная структура монослойных MoS2, MoSe2, WS2 и WSe2

3.3. Зонная структура трехкомпонентных двумерных твердых растворов ДПМ

3.4. Сравнение зависимости ширины запрещенной зоны в MoS2ySe2(1-У) от стехиометрического состава с экспериментальными данными

3.5. Зонная структура четырехкомпонентных двумерных твердых растворов ДПМ

3.6. Вывод по главе

ГЛАВА 4. СПЕКТРОСКОПИЯ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ ДВУМЕРНЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ MoS2xSe2(l-x)

4.1. Изготовление и характеризация двумерных твердых растворов MoS2xSe2(1-X)

4.2. Экспериментальное исследование колебательных характеристик двумерных твердых растворов MoS2xSe2(1-X) методом спектроскопии комбинационного рассеяния

4.3. Параметры расчета частот колебательных мод двумерных твердых растворов MoS2xSe2(l-x)

4.4. Сравнение рассчитанных частот колебательных мод двумерных твердых растворов MoS2xSe2(1-X) с экспериментальными данными

4.4. Вывод по главе

ГЛАВА 5. ДИНАМИКА ФОТОВОЗБУЖДЕННЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ДВУМЕРНЫХ ДПМ И ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ НА ИХ ОСНОВЕ

5.1. Динамика фотовозбужденных носителей заряда в двумерных ДПМ

5.1.1. Изготовление и характеризация двумерных MoS2

5.1.2. Динамика релаксации фотоиндуцированного отклика двумерных MoS2

5.1.3. Метод оценки влияния вклада сигнала подложки Si\SiO2 на определение оптически индуцированного коэффициента отражения в двумерных ДПМ

5.1.4. Оценка характерных релаксационных времен в двумерных MoS2

5.2. Динамика фотовозбужденных носителей заряда в монослойных твердых растворах MoS2xSe2(1-X)

5.2.1. Изготовление монослойных твердых растворов MoS2xSe2(1-X) и их характеризация

5.2.2. Экспериментальное исследование зависимости изменения коэффициента отражения в двумерных твердых растворах MoS2xSe2(l-x) различного стехиометрического состава

5.2.3. Расчет максимума фотоиндуцированного сигнала ЛЯЖо двумерных ДПМ и твердых растворов

5.2.4. Оценка влияния вклада подложки в определение оптически индуцированного коэффициента отражения в двумерных твердых растворах MoS2xSe2(1-X)

5.2.5. Оценка характерных времен релаксации двумерных твердых растворов MoS2xSe2(l-x)

5.3. Выводы по главе

Заключение

Список публикаций с основными результатами диссертации

Прочие публикации по теме диссертации:

Список литературы

Список сокращений

ДПМ - дихалькогениды переходных металлов 2D - двумерный

КР - комбинационное рассеяние света 2H - тригонально призматическая фаза ^ - октаэдрическая фаза ФЛ - фотолюминесценция

FWHM - Полная ширина на половине высоты (англ ХОГФ - химическое осаждение из газовой фазы АСМ - атомно-силовая микроскопия ТФП - теория функционала плотности NC - нормосохраняющий псевдопотенциал

full width at half maximum)

ВВЕДЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию оптических свойств двумерных (2D) дихалькогенидов переходных металлов (ДПМ) и твердых растворов на их основе. Особое внимание уделено оценке влияния стехиометрического состава на оптические и колебательные свойства и динамику фотовозбужденных носителей заряда в 2D твердых растворах ДПМ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электронная структура и динамика фотовозбужденных носителей заряда двумерных твердых растворов MоS2xSe2(1-x)»

Актуальность

Развитие современной оптоэлектроники напрямую связано с использованием новых атомарно тонких полупроводниковых структур. Благодаря уникальным свойствам, отличающим монослойные структуры от их объемных аналогов, становится возможным их применение в качестве основы для создания различных оптоэлектронных устройств.

Наиболее интересным и перспективным классом таких материалов, с точки зрения оптических свойств, являются полупроводниковые ДПМ - прямозонные полупроводниковые структуры, имеющие формулу MX2 (М - переходный металл, X - халькоген), ширина запрещенной зоны которых находится в видимом оптическом диапазоне (порядка 1-2 эВ) [1,2]. Благодаря данному свойству становится возможным использовать 2D ДПМ в производстве современных оптоэлектронных устройств. В настоящее время активно ведутся исследования по созданию таких устройств, как фотодетекторы [3,4], фототранзисторы [5], солнечные элементы [6,7], газовые сенсоры [8], устройств гибкой и носимой электроники [9,10] и других устройств опто- и наноэлектроники [11-13] на основе 2D ДПМ.

Ограниченное количество различных чистых двухкомпонентных ДПМ существенно сужает настройку параметров устройств, изготавливаемых на их основе. Одним из наиболее распространенных методов модификации двумерных

(2D) ДПМ, позволяющих получать структуры с строго заданными физическими параметрами (например, ширина запрещенной зоны или время жизни фотовозбужденных носителей заряда), является создание на их основе твердых растворов, включающих в состав более двух различных типов атомов переходных металлов и\или халькогенов [14-18].

Ширина запрещенной зоны (и оптический спектр поглощения) твердых растворов ДПМ имеет нелинейную зависимость от их стехиометрического состава. Из-за этого подбор нужной концентрации для достижения необходимых параметров изготавливаемых приборов становится затруднительным. Аналогично запрещенной зоне, нелинейный характер имеют частоты колебательных мод, набор которых позволяет строго идентифицировать состав твердых растворов методом спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) света. В связи с этим возникает потребность в исследовании зависимостей указанных свойств от стехиометрического состава твердых растворов. Необходимость использования суперъячеек в процессе теоретического расчета указанных свойств приводит к существенному возрастанию вычислительных ресурсов, вследствие чего свойства отдельных многокомпонентных твердых растворов ДПМ остаются недостаточно изученными.

Слабо изученной остается сверхбыстрая динамика релаксационных процессов носителей заряда 2D твердых растворов [19,20] разного стехиометрического состава. Также при исследовании динамики авторами зачастую не учитывается ошибка, которую может вносить сигнал, детектируемый от подложки. В связи с тем, что монослойные ДПМ оказываются частично прозрачными для оптических импульсов, вклад подложки в определение характерных времен различных релаксационных процессов фотовозбужденных носителей заряда может приводить к дополнительным ошибкам. Вследствие чего возникает необходимость в разработке метода, позволяющего учитывать данный вклад.

Таким образом, теоретическая и экспериментальная оценка ширины запрещенной зоны, частот колебательных мод и динамики фотовозбужденных носителей заряда в зависимости от стехиометрического состава 2D твердых растворов ДПМ является актуальной задачей для дальнейшего развития современных оптоэлектронных устройств, основанных на данных материалах.

Цель работы - установление зависимостей электронной структуры, а также динамики релаксационных процессов фотовозбужденных носителей заряда двумерных твердых растворов дихалькогенидов переходных металлов от их стехиометрического состава.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Расчет ширины запрещенной зоны монослойных многокомпонентных твердых растворов ДПМ и определение ее зависимости от стехиометрического состава.

2. Расчет частот характерных колебательных мод монослойных твердых растворов MoS2xSe2(1-X) и определение их зависимостей от стехиометрического состава.

3. Определение характерных времен релаксационных процессов фотовозбужденных носителей заряда в монослойных твердых растворах MoS2xSe2(1-X) и определение их зависимостей от стехиометрического состава.

4. Разработка метода оценки и учета вклада сигнала Si\SiO2 подложки в определение характерных времен релаксации фотовозбужденных носителей заряда в ДПМ различной толщины.

Методы исследования, достоверность и обоснованность

2D структуры ДПМ и твердые растворы были изготовлены из объемных структур аналогичного состава методом микромеханической эксфолиации. Также часть монослойных структур MoS2 была изготовлена методом

химического осаждения из газовой фазы и приобретена на коммерческой основе. Для поиска 2D структур ДПМ и оценки их геометрических параметров и толщины, применялись стандартные методики конфокальной оптической микроскопии и атомно-силовой микроскопии. Исследование излучательных свойств 2D ДПМ выполнено методом фотолюминесцентной спектроскопии. Экспериментальное исследование колебательных свойств выполнено методом спектроскопии комбинационного рассеяния. Для изучения динамики фотовозбужденных носителей применялся метод спектроскопии с временным разрешением. Теоретическое определение ширины запрещенной зоны и частот характерных колебательных мод выполнено методом теории функционала плотности. При теоретической оценке максимума фотоиндуцированного отклика для расчета диэлектрической проницаемости применялась модель Друде-Лоренца.

Обоснованность и достоверность результатов определяется применением современных методов исследования, комплексной характеризацией исследуемых образцов, воспроизводимостью результатов и согласованием экспериментальных и теоретических данных. Экспериментальные исследования выполнены на современном высокоточном оборудовании. Полученные результаты согласуются с результатами ведущих научных групп в России и за рубежом. Полученные результаты прошли апробацию на российских и международных конференциях и были опубликованы в российских и международных рецензируемых журналах, входящих в базы данных Web of Science и Scopus.

Апробация работы

Результаты работы прошли апробацию на следующих международных конференциях:

1. Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых

учёных "Ломоносов-2021", 12-23 апреля 2021, Москва, Россия.

2. International Conference "Functional Materials" ICFM-2021, 04-08 октября 2021, Алушта, Россия.

3. XI Международная конференция "Фотоника и информационная оптика", 2628 января 2022, Москва, Россия.

4. Российская научно-техническая конференция с международным участием "Оптические технологии, материалы и системы" (0ПТ0ТЕХ-2022), 05-10 декабря 2022, Москва, Россия.

5. XXVII Международный симпозиум "Нанофизика и наноэлектроника". 13-16 марта 2023, Нижний Новгород, Россия.

Научная новизна

1. Методом теории функционала плотности с использованием ультрамягких псевдопотенциалов определено значение ширины запрещенной зоны для стехиометрического состава монослойных твердых растворов MOxW1- xS2ySe2(1-y) для x, y = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.

2. Методом теории функционала плотности с использованием нормосохраняющих псевдопотенциалов рассчитаны значения частот характерных колебательных мод двумерных твердых растворов MoS2xSe2(1-X) и определена их зависимость от стехиометрического состава.

3. Методом спектроскопии с временным разрешением при воздействии на монослойные твердые растворы MoS2xSe2(1-x) импульсами с длиной волны 525 нм для накачки и 1050 нм для зондирования, получены значения характерных времен релаксационных процессов фотовозбужденных носителей заряда и определены их зависимости от стехиометрического состава.

4. С использованием модели Друде-Лоренца для расчета диэлектрической проницаемости рассчитаны значения максимума фотоиндуцированного сигнала в монослойных твердых растворах MoxW1-xS2ySe2(1-y) для x, y = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.

5. Разработан подход, позволяющий учитывать вклад сигнала Б1\БЮ2 подложки

в определение характерных времен релаксационных процессов в 2D ДПМ и

твердых растворах на их основе.

Практическая значимость

Практическая значимость данной работы заключается в развитии применяемых методов оптического контроля состава монослойных твердых растворов ДПМ. Теоретически рассчитанные значения ширины запрещенной зоны применимы при разработке оптоэлектронных устройств на основе твердых растворов Мо1-х^Б2(1-у)Бе2у с заданными физическими параметрами. Рассчитанные зависимости частот характерных колебательных мод применимы при определении стехиометрического состава монослойных твердых растворов МоБ2хЗе2(1-х) методом спектроскопии КР света.

Внедрение результатов и рекомендации по их использованию

Результаты работы использовались при выполнении проектов Министерства науки и высшего образования РФ (075-15-2022-1131), Российского научного фонда (19-72-10165).

Основные положения, выносимые на защиту

1. В монослойных твердых растворах Мо^1-хБ2уБе2(1-У) значения ширины запрещенной зоны, рассчитанные методом теории функционала плотности с использованием ультрамягких псевдопотенциалов, имеют немонотонные зависимости от стехиометрического состава (х и у) и варьируются в диапазоне от 1.43 эВ для структур, близких по своему составу к MoSe2, до 1.83 эВ для структур, близких по своему составу к WS2.

2. В монослойных твердых растворах MoS2xSe2(l-x) значения частот мод, соответствующих двухкомпонентным структурам, растет с увеличением х линейно

(Л^ф-Мо), Е^-Мо), E12g(Se-Mo)) или с изломом (Л^Бе-Мо)). Мода Е^-Мо-Бе) проявляется только в твердых растворах, ее частота также линейно возрастает с увеличением х.

3. Рассчитанные значения изменения фотоиндуцированного сигнала ДR/R0 с использованием модели Друде-Лоренца для расчета диэлектрической проницаемости в монослойных твердых растворах MoS2xSe2(1-x) меняются в пределах от -2.2 -10-3 до -1.2-10-3 при изменении х от 0 до 1. Рассчитанные значения изменения фотоиндуцированного сигнала ДЯ/Яо в монослойных МоБ2 монотонно увеличиваются с ростом плотности энергии накачки и увеличением количества слоев.

4. В монослойных твердых растворах MoS2xSe2(l-x) характерные времена релаксации, определяемые механизмом Оже-рекомбинации на дефектах, уменьшаются от 4.9 до 3.1 пс при изменении х от 0 до 0.5 с последующим увеличением до 5.8 пс при увеличении х до 1. Времена релаксации, определяемые процессом рассеяния фотовозбужденных носителей заряда на фононах, линейно меняются от 26.5 пс до 64.7 пс при изменении х от 0 до 1. Времена релаксации, определяемые процессом прямозонной электронно-дырочной рекомбинации, меняются от 187 пс до 386 пс при изменении х от 0 до 1.

5. Учет вклада подложки при определении характерных времен релаксации в двумерных твердых растворах MoS2xSe2(1-X) приводит к уточнению полученных времен на величину до 20%.

Личный вклад соискателя состоит в подготовке и проведении всех экспериментов по измерению фотолюминесцентных и колебательных спектров и измерению временных зависимостей фотоиндуцированного отклика методом спектроскопии с временным разрешением. Автором лично проводились расчеты зонных структур, частот характерных колебательных мод и максимума фотоиндуцированного сигнала (освоение метода функционала плотности осуществлено соискателем под руководством к.ф.-м.н. А.И.Карцева). Автор активно

участвовал в интерпретации полученных экспериментальных результатов. Совместно с научным руководителем были поставлены цели и задачи исследования.

Публикации

Результаты диссертационной работы опубликованы в 3 статьях в международных научных журналах, входящих в рекомендованный список ВАК Министерства высшего образования и науки РФ и в базы данных Scopus и WoS. Также результаты работы представлены в материалах 5 международных научных конференций. По результатам работы получено 3 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Отметим также, что дополнительно одна статья находится в печати.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемых источников, включающего 162 наименования. Работа содержит 132 страницы, 78 иллюстраций и 8 таблиц.

ГЛАВА 1. ДВУМЕРНЫЕ ДИХАЛЬКОГЕНИДЫ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПОСОБЫ ИХ МОДИФИКАЦИИ

Первая глава содержит обзор литературы, посвященной научным достижениям в исследовании свойств 2Э ДПМ и их модификаций, а также применимости данных материалов в устройствах современной наноэлектроники. Основываясь на анализе текущего состояния в данной области исследования, были сформулированы и обоснованы цели и задачи диссертационной работы.

1.1. Двумерные материалы

Поиск новых и модификация уже существующих материалов, которые обладают уникальными физическими свойствами, позволяющими существенно улучшать характеристики изготавливаемых устройств, представляется одной из важнейших задач развития современной элементной базы. Исследование 2Э полупроводниковых материалов, которые по своим свойствам могут фундаментально отличаться от своих трехмерных аналогов, является одним из наиболее перспективных и быстро развивающихся направлений в данной области. На сегодняшний день многими научными группами активно ведутся работы по исследованию уже существующих 2Э структур, способам их модификации и возможности применения в качестве основы для создания современных устройств нано- и оптоэлектроники.

Толчком к началу активного изучения 2Э материалов послужила работа [21], в которой впервые экспериментально была продемонстрирована возможность создания однослойной струкуры - графена путем его отшелушивания от объемного графита. После данной публикации стало появляться большое количество работ, посвященных исследованию свойств графена и получению новых 2Э материалов.

На текущий момент 2Э материалы представлены большим семейством структур с разнообразными физическими и электронными свойствами. В отличие от графена, который в чистом виде является полуметаллом [22], другие 2Э материалы, в зависимости от их электронной структуры, могут обладать

принципиально отличными свойствами. Так 2Э гексагональный нитрид бора (И-БК) является диэлектриком [23], а среди 2Э ДПМ наиболее распространенными являются полупроводниковые структуры [24]. Помимо этого, к слоистым 2Э материалам относятся такие структуры, как карбиды и нитриды переходных металлов [25,26], черный фосфор [27], топологические изоляторы [28-30], графитоподобный нитрид углерода ^-^N4) [31,32] и металлоорганические каркасы [33,34]. Виды 2Э материалов схематично изображены на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1. Схематическая диаграмма слоистых 2Э материалов [35].

1.2. Свойства дихалькогенидов переходных металлов

Одним из наиболее популярных среди исследователей классом слоистых 2Э материалов являются ДПМ. В зависимости от электронной структуры, схематичное изображение которой представлено на рисунке 1.2, данные материалы подразделяются на диэлектрические, полупроводниковые, полуметаллические и металлические [36,37]. В настоящее время наибольший интерес вызывают полупроводниковые ДПМ, которые благодаря своим уникальным физическим свойствам служат основой для создания устройств современной опто- и наноэлектроники.

Insulator Semiconductor Metal Semimetal

Рисунок 1.2. Схематическая иллюстрация зонной структуры (а) диэлектрических, (б) полупроводниковых, (в) металлических и (г) полуметаллических 2D ДПМ

[36].

Объемные ДПМ имеют слоистую структуру с химической формулой MX2 (M - атом переходного металла (например, Mo или W), а X - атом халькогена (например, S, Se или Te). Каждый отдельный слой состоит из протяженной кристаллической структуры, в которой атомы M располагаются между атомами X и имеют прочную ковалентную связь между собой. Напротив, межслоевое взаимодействие определяется слабыми ван-дер-ваальсовыми силами, за счет чего отдельные слои можно легко отделить друг от друга, разорвав эту связь. В зависимости от конфигурации атомной укладки ДПМ могут образовывать два типа кристаллических структур: тригональную призматическую (2H) и октаэдрическую (1T) фазы, представленные на рисунке 1.3. При этом 1T фаза является термодинамически нестабильной и постепенно переходит в 2H фазу при комнатной температуре [38].

Рисунок 1.3. Элементарные ячейки (а) 2Н и (б)1Т фаз ДПМ [39].

С точки зрения полупроводниковой электроники интересными являются ДПМ в 2Н фазе (структуры в 1Т фазе являются металлом/полуметаллом) [40]. 2Н ДПМ образуют графеноподобную (гексагональную) структуру с симметрией ЭбИ для систем с нечетным количеством слоев и для систем с четным количеством слоев [41]. Зонная и атомная структуры монослойного ДПМ для обеих фаз приведена на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4. Зонная структура и модель атомной структуры слоя ДПМ 2Н и 1Т

фазы [40].

Отличительной особенностью полупроводниковых ДПМ является сильное влияние количества слоев на их зонную структуру. На рисунке 1.5 приведены зонные структуры ДПМ с различным количеством слоев. При уменьшении толщины в ДПМ происходит смещение валентной зоны (синяя) и зоны проводимости (красная) и непрямозонный переход в объемных структурах становится прямозонным в монослойных структурах и соответствует видимому и ближнему ИК диапазону длин волн (1-2 эВ) [1,42,43]. Для монослойных ДПМ максимум валентной зоны и минимум зоны проводимости располагается в двух неэквивалентных К-К' точках высокой симметрии зоны Бриллюэна [44].

Bulk 4 layers 2 layers Monolayer

Г MK ГГ МК ГГ МК ГГ МК Г

Рисунок 1.5. Зонная структура ДПМ разной толщины [44].

Переход к прямой запрещенной зоне приводит к существенному увеличению интенсивности фотолюминесценции (ФЛ) в монослойных ДПМ по сравнению с их объемными аналогами, что показано на рисунке 1.6а.

Рисунок 1.6. (а) Зависимость ФЛ от толщины ДПМ [45] и (б) схематическая диаграмма зон проводимости (ЗП) и валентной (ВЗ) в K долине монослоя ДМД, для А и В оптических экситонных переходов.

Два характерных пика на спектрах ФЛ соответствуют прямозонным оптическим А- и В-экситонным переходам, возникающим за счет спин-орбитального расщепления валентной зоны в К-долине зоны Бриллюэна, что схематично изображено на рисунке 1.6б. Также важно отметить, что из-за достаточно большой энергии связи экситонов в двумерных ДПМ (порядка 0.5-1 эВ) [46] оценка ширины запрещенной зоны по спектрам ФЛ оказывается заниженной по сравнению с реальными значениями. При этом разница энергий между А- и В-экситонными переходами составляет порядка десяти мэВ [47], что хорошо видно по экспериментальным спектрам ФЛ.

К особенностям колебаний решетки (фононов) 2D ДПМ, позволяющим характеризовать данные материалы с помощью рамановской спектроскопии (спектроскопии КР), можно отнести положение пиков, интенсивность, полную ширину на половине высоты (FWHM) и форму линий. В соответствии с атомным смещением колебаний решетки для ДПМ существует два типа оптических колебательных мод в центре зоны Бриллюэна (точка Г): внутрислойные (Б^), которые возникают в результате внутрислоевых химических связей, и межслойные ^'Х определяемые межслойными ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями. Рамановские спектры 2D ДПМ представлены на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7. (а) Изображение внутрислойных и межслойных мод и (б)

Рамановские спектры МоБ2 [48].

Увеличение количества слоев приводит к тому, что возрастающие силы Ван-дер-Ваальса подавляют атомные колебания, что приводит к сдвигу А1' пика в область низких частот по сравнению с монослоем [49]. Обратное поведение моды Б12ё объясняется поверхностными эффектами, возникающими из-за соседних слоев

[50], и увеличением диэлектрического экранирования, которое уменьшает дальнодействующее кулоновское взаимодействие между эффективными зарядами

[51]. При этом важно учитывать, что данная зависимость справедлива только для малого количества слоев и при их увеличении до четырех и более приближается к значениям, характерным для объемных структур.

При использовании ДПМ в качестве насыщающих поглотителей [52] важным для понимания становится динамика фотовозбужденных носителей заряда. Время отклика насыщающихся поглотителей, а, следовательно, и их быстродействие, определяется характерными временами релаксационных процессов. С уменьшением времени релаксации растет скорость восстановления поглотителя, что, в свою очередь, способствует генерации ультракоротких лазерных импульсов при использовании ДПМ в качестве насыщающих поглотителей в фемтосекундных волоконных лазерах с синхронизацией мод [53].

В настоящее время существуют работы по оценке характерных времен релаксации фотовозбужденных носителей заряда в двумерных ДПМ [54,55], однако в них не приводится оценка влияния множественного оптического интерфейса от нижележащих подложек на характерные времена релаксации. Ввиду высокой прозрачности монослойных структур, часть излучения будет проходить сквозь ДПМ, возбуждая носители заряда в подложке, что может приводить к неверной оценке времен релаксации в самом ДПМ. Это, в свою очередь, может приводить к проблемам и ошибкам при разработке устройств нано- и оптоэлектроники на основе ДПМ и оценке их эффективности. Это обуславливает необходимость в разработке метода оценки вклада фотовозбужденных носителей заряда подложки в определение характерных времен релаксации носителей заряда в двумерных ДПМ.

1.3. Твердые растворы дихалькогенидов переходных металлов

Ряд отличительных свойств 2D ДПМ делает их идеальными материалами при разработке устройств оптоэлектроники. Однако ограниченное количество различных по своему составу ДПМ существенно сужает вариативность получаемых характеристик и делает их дискретными. В настоящее время вместе с исследованиями "чистых " двухкомпонентных ДПМ, активно ведутся работы по возможности модификации данных материалов для расширения их применимости.

Распространенным способом модификации таких 2D структур является создание многокомпонентных твердых растворов на их основе. Данные структуры имеют в своем составе три и более различных типов атомов переходных металлов и халькогенов. В настоящее время создано большое количество различных твердых растворов: например, MoS2xSe2(l-x), MoxWl-xS2, MoxWl-xS2ySe2(l-y) и другие [16-18,56,57]. На рисунке 1.8 схематически представлена атомная структура твердых растворов в сравнении с двухкомпонентными ДПМ.

Рисунок 1.8. Изображение атомной структуры 2Э твердых растворов ДПМ [58].

Варьируя в процессе изготовления стехиометрический состав твердых растворов, можно получать структуры с разными значениями ширины запрещенной зоны, и, тем самым, менять оптический спектр поглощения в данных материалах. Диапазон возможных значений, как правило, находится между значениями двухкомпонентных ДПМ, на основе которых изготавливают твердые растворы [59]. На рисунке 1.9 показана зависимость ширины запрещенной зоны некоторых монослойных трехкомпонентных ДПМ от доли атомов халькогенов.

Расширить диапазон доступных значений энергий можно за счет увеличения различных типов атомов (переходных металлов и халькогенов), входящих в состав твердых растворов. Так, активно ведутся исследования свойств четырехкомпонентных твердых растворов MoxWl-xS2ySe2(l-y) [17,60,61]. Однако, из-за дополнительной сложности, возникающей в процессе изготовления многокомпонентных структур, фундаментальные свойства четырехкомпонентных (и более) твердых растворов остаются слабоизученными по сравнению с трехкомпонентными и требуют дальнейших исследований.

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Concentration х

Рисунок 1.9. Изменение ширины запрещенной зоны монослойных твердых растворов ДПМ от соотношения атомов халькогенов в их составе [62].

Спектроскопия КР (рамановская спектроскопия) является доступным оптическим методом оценки стехиометрического состава твердых растворов ДПМ. Набор частот колебательных мод является уникальным для каждого состава, благодаря чему по спектрам КР возможно оценить стехиометрический состав изготавливаемых твердых растворов ДПМ. В качестве примера на рисунке 1.10 представлены спектры КР твердых растворов MoxWl-xS2 с разной долей атомов Мо (х) в составе.

300 325 350 375 400 425 450 Raman shift (cm-1)

Рисунок 1.10. Рамановские спектры MoxWi-xS2 [63].

В связи с тем, что не всегда возможно заранее измерить спектры КР твердых растворов с заранее известным стехиометрическим составом, актуальной задачей становится теоретическое определение частот характерных колебательных мод с целью дальнейшего их использования в качестве референсных значений.

1.4. Применение двумерных дихалькогенидов переходных металлов в

устройствах современной наноэлектроники

Двумерные полупроводниковые ДПМ и твердые растворы на их основе выступают перспективными материалами для создания устройств современной электроники. Одним из самых распространенных способов применения ДПМ является создание на их основе двумерных полевых транзисторов, схема и оптическое изображение которого представлены на рисунке 1.11. Начиная с работы 2011 года [64], в которой был представлен первый полевой MoS2 транзистор с подвижностью носителей заряда порядка 200 см2/В-1с-1, было создано множество транзисторов на основе других ДПМ, таких как MoSe2 [65,66], WSe2 [67], WS2 [68,69] и твердых растворов на их основе [70-72].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пименов Никита Юрьевич, 2024 год

Список литературы

1. Gusakova J. et al. Electronic Properties of Bulk and Monolayer TMDs: Theoretical Study Within DFT Framework (GVJ-2e Method) // Phys. status solidi. 2017. Vol. 214, № 12.

2. Liu G.-B. et al. Electronic structures and theoretical modelling of two-dimensional group-VIB transition metal dichalcogenides // Chem. Soc. Rev. 2015. Vol. 44, № 9. P. 2643-2663.

3. Aftab S., Hegazy H.H. Emerging Trends in 2D TMDs Photodetectors and Piezo-Phototronic Devices // Small. 2023. Vol. 19, № 18.

4. Zhang X. et al. In-situ prepared WSe2/Si 2D-3D vertical heterojunction for high performance self-driven photodetector // Ceram. Int. 2022. Vol. 48, № 20. P. 29722-29729.

5. Jeong M. et al. Multilayer WSe 2 /MoS 2 Heterojunction Phototransistors through Periodically Arrayed Nanopore Structures for Bandgap Engineering // Adv. Mater. 2022. Vol. 34, № 8. P. 2108412.

6. Aftab S. et al. Transition metal dichalcogenides solar cells and integration with perovskites // Nano Energy. 2023. Vol. 108. P. 108249.

7. Hegazy H.H. et al. High-performance 2D/3D hybrid dimensional p-n heterojunction solar cell with reduced recombination rate by an interfacial layer // J. Mater. Chem. C. 2022. Vol. 10, № 40. P. 14982-14992.

8. Zheng W. et al. Emerging van der Waals junctions based on TMDs materials for advanced gas sensors // Coord. Chem. Rev. 2021. Vol. 447. P. 214151.

9. Singh E. et al. Flexible Molybdenum Disulfide (MoS 2 ) Atomic Layers for Wearable Electronics and Optoelectronics // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019. Vol. 11, № 12. P. 11061-11105.

10. Gao L. Flexible Device Applications of 2D Semiconductors // Small. 2017. Vol. 13, № 35.

11. Choi W. et al. Recent development of two-dimensional transition metal dichalcogenides and their applications // Mater. Today. 2017. Vol. 20, №2 3. P. 116130.

12. Han S.A., Bhatia R., Kim S.-W. Synthesis, properties and potential applications of two-dimensional transition metal dichalcogenides // Nano Converg. 2015. Vol. 2, № 1. P. 17.

13. Zheng W. et al. Light Emission Properties of 2D Transition Metal Dichalcogenides: Fundamentals and Applications // Adv. Opt. Mater. 2018. Vol. 6, № 21.

14. Su S.-H. et al. Controllable Synthesis of Band-Gap-Tunable and Monolayer Transition-Metal Dichalcogenide Alloys // Front. Energy Res. 2014. Vol. 2.

15. Feng Q. et al. Growth of Large-Area 2D MoS 2(1- x ) Se 2 x Semiconductor Alloys // Adv. Mater. 2014. Vol. 26, № 17. P. 2648-2653.

16. Li Y. et al. Synthesis of component-controllable monolayer Mo x W (1- x ) S 2 y Se 2(1- y ) alloys with continuously tunable band gap and carrier type // RSC Adv. 2023. Vol. 13, № 49. P. 34464-34474.

17. Li Y. et al. Synthesis of millimeter-sized Mo x W (1- x ) S 2 y Se 2(1- y )

monolayer alloys with adjustable optical and electrical properties and their magnetic doping // J. Mater. Chem. C. 2023.

18. Jalouli A. et al. Transition metal dichalcogenide graded alloy monolayers by chemical vapor deposition and comparison to 2D Ising model // J. Chem. Phys. 2022. Vol. 156, № 13.

19. Zhou Y.-K. et al. Transient Superdiffusion of Energetic Carriers in Transition Metal Dichalcogenides Visualized by Ultrafast Pump-Probe Microscopy // Ultrafast Sci. 2022. Vol. 2022.

20. Du Z. et al. Synthesis of WS1.76Te0.24 alloy through chemical vapor transport and its high-performance saturable absorption // Sci. Rep. 2019. Vol. 9, № 1. P. 19457.

21. Novoselov K.S. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films // Science (80-. ). 2004. Vol. 306, № 5696. P. 666-669.

22. Zeng L. et al. Electrochemical regulation of the band gap of single layer graphene: from semimetal to semiconductor // Chem. Sci. 2023. Vol. 14, № 17. P. 4500-4505.

23. Yang H. et al. Recent advances in preparation, properties and device applications of two-dimensional h-BN and its vertical heterostructures // J. Semicond. 2017. Vol. 38, № 3. P. 031004.

24. Bernardi M. et al. Optical and Electronic Properties of Two-Dimensional Layered Materials // Nanophotonics. 2017. Vol. 6, № 2. P. 479-493.

25. Naguib M., Barsoum M.W., Gogotsi Y. Ten Years of Progress in the Synthesis and Development of MXenes // Adv. Mater. 2021. Vol. 33, № 39.

26. VahidMohammadi A., Rosen J., Gogotsi Y. The world of two-dimensional carbides and nitrides (MXenes) // Science (80-. ). 2021. Vol. 372, № 6547.

27. Li L. et al. Electrochemical exfoliation of two-dimensional layered black phosphorus and applications // J. Energy Chem. 2020. Vol. 49. P. 365-374.

28. Zhang M. et al. Layered Topological Insulators and Semimetals for

Magnetoresistance Type Sensors // Adv. Quantum Technol. 2019. Vol. 2, № 1-2.

29. Yin B. et al. Prediction of a new 2D topological insulator: Pmmn-PtO2 // Mater. Today Commun. 2023. Vol. 37. P. 107484.

30. Hou Y. et al. Progress on 2D topological insulators and potential applications in electronic devices* // Chinese Phys. B. 2020. Vol. 29, № 9. P. 097304.

31. Wang Y. et al. 2D Graphitic Carbon Nitride for Energy Conversion and Storage // Adv. Funct. Mater. 2021. Vol. 31, № 34.

32. Magesa F. et al. Graphene and graphene like 2D graphitic carbon nitride: Electrochemical detection of food colorants and toxic substances in environment // Trends Environ. Anal. Chem. 2019. Vol. 23. P. e00064.

33. Khan U. et al. Current Progress in 2D Metal-Organic Frameworks for Electrocatalysis // Small Struct. 2023. Vol. 4, № 6.

34. Zhu H., Liu D. The synthetic strategies of metal-organic framework membranes, films and 2D MOFs and their applications in devices // J. Mater. Chem. A. 2019. Vol. 7, № 37. P. 21004-21035.

35. Li X. et al. Graphene and related two-dimensional materials: Structure-property relationships for electronics and optoelectronics // Appl. Phys. Rev. 2017. Vol. 4, № 2.

36. Zhao B. et al. 2D Metallic Transition-Metal Dichalcogenides: Structures, Synthesis, Properties, and Applications // Adv. Funct. Mater. 2021. Vol. 31, № 48.

37. Wang Q.H. et al. Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides // Nat. Nanotechnol. 2012. Vol. 7, № 11. P. 699-712.

38. Jiménez Sandoval S. et al. Raman study and lattice dynamics of single molecular layers of MoS2 // Phys. Rev. B. 1991. Vol. 44, № 8. P. 3955-3962.

39. Lv R. et al. Transition Metal Dichalcogenides and Beyond: Synthesis, Properties, and Applications of Single- and Few-Layer Nanosheets // Acc. Chem. Res. 2015.

Vol. 48, № 1. P. 56-64.

40. Chen H. et al. The Recent Progress of Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides and Their Phase Transition // Crystals. 2022. Vol. 12, № 10. P. 1381.

41. Zhao Y. et al. Interlayer Breathing and Shear Modes in Few-Trilayer MoS 2 and WSe 2 // Nano Lett. 2013. Vol. 13, № 3. P. 1007-1015.

42. Deng S., Li L., Li M. Stability of direct band gap under mechanical strains for monolayer MoS2, MoSe2, WS2 and WSe2 // Phys. E Low-dimensional Syst. Nanostructures. 2018. Vol. 101. P. 44-49.

43. Sun Y., Wang D., Shuai Z. Indirect-to-Direct Band Gap Crossover in Few-Layer Transition Metal Dichalcogenides: A Theoretical Prediction // J. Phys. Chem. C. 2016. Vol. 120, № 38. P. 21866-21870.

44. Manzeli S. et al. 2D transition metal dichalcogenides // Nat. Rev. Mater. 2017. Vol. 2, № 8. P. 17033.

45. Jung Y., Shen J., Cha J.J. Surface effects on electronic transport of 2D chalcogenide thin films and nanostructures // Nano Converg. 2014. Vol. 1, № 1. P. 18.

46. Zhang Y. et al. On Valence-Band Splitting in Layered MoS 2 // ACS Nano. 2015. Vol. 9, № 8. P. 8514-8519.

47. Berghauser G., Malic E. Analytical approach to excitonic properties of MoS2 // Phys. Rev. B. 2014. Vol. 89, № 12. P. 125309.

48. Sam R.T., Umakoshi T., Verma P. Probing stacking configurations in a few layered MoS2 by low frequency Raman spectroscopy // Sci. Rep. 2020. Vol. 10, № 1. P. 21227.

49. Bagnall A.G. et al. Raman studies of MoS2 at high pressure // Phys. B+C. 1980. Vol. 99, № 1-4. P. 343-346.

50. Luo X. et al. Anomalous frequency trends in MoS2 thin films attributed to surface

effects // Phys. Rev. B. 2013. Vol. 88, № 7. P. 075320.

51. Molina-Sánchez A., Wirtz L. Phonons in single-layer and few-layer MoS2 and WS2 // Phys. Rev. B. 2011. Vol. 84, № 15. P. 155413.

52. Chen Z. et al. Phase-modulated quantum-sized TMDs for extreme saturable absorption // Nano Res. 2023. Vol. 16, № 4. P. 5803-5808.

53. Zhang M. et al. Yb- and Er-doped fiber laser Q-switched with an optically uniform, broadband WS2 saturable absorber // Sci. Rep. 2015. Vol. 5, № 1. P. 17482.

54. Tsai H.-S. et al. Ultrafast Exciton Dynamics in Scalable Monolayer MoS 2 Synthesized by Metal Sulfurization // ACS Omega. 2020. Vol. 5, № 19. P. 1072510730.

55. Li Y. et al. Time-Resolved Observation of Hole Tunneling in van der Waals Multilayer Heterostructures // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021. Vol. 13, № 10. P. 12425-12431.

56. Lin W. et al. Dramatically Enhanced Valley-Polarized Emission by Alloying and Electrical Tuning of Monolayer WTe 2 x S 2(1- x ) Alloys at Room Temperature with 1T'-WTe 2 -Contact // Adv. Sci. 2024. Vol. 11, № 2.

57. Kang H.S. et al. Bowing-alleviated continuous bandgap engineering of wafer-scale WS2xSe2(1-x) monolayer alloys and their assembly into hetero-multilayers // NPG Asia Mater. 2022. Vol. 14, № 1. P. 90.

58. Komsa H.-P., Krasheninnikov A. V. Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenide Alloys: Stability and Electronic Properties // J. Phys. Chem. Lett. 2012. Vol. 3, № 23. P. 3652-3656.

59. Xie L.M. Two-dimensional transition metal dichalcogenide alloys: preparation, characterization and applications // Nanoscale. 2015. Vol. 7, № 44. P. 1839218401.

60. Susarla S. et al. Quaternary 2D Transition Metal Dichalcogenides (TMDs) with

Tunable Bandgap // Adv. Mater. 2017. Vol. 29, № 35.

61. Kumar R. et al. Quaternary, layered, 2D chalcogenide, Mo 1-x W x SSe: thickness dependent transport properties // Nanotechnology. 2024. Vol. 35, № 4. P. 045202.

62. Kang J. et al. Monolayer semiconducting transition metal dichalcogenide alloys: Stability and band bowing // J. Appl. Phys. 2013. Vol. 113, № 14.

63. Schulpen J.J.P.M. et al. Controlling transition metal atomic ordering in two-dimensional Mo 1-x W x S 2 alloys // 2D Mater. 2022. Vol. 9, № 2. P. 025016.

64. Radisavljevic B. et al. Single-layer MoS2 transistors // Nat. Nanotechnol. 2011. Vol. 6, № 3. P. 147-150.

65. Somvanshi D. et al. Improved Current Density and Contact Resistance in Bilayer MoSe 2 Field Effect Transistors by AlO x Capping // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. Vol. 12, № 32. P. 36355-36361.

66. Dubey P.K. et al. Monolayer MoSe2-Based Tunneling Field Effect Transistor for Ultrasensitive Strain Sensing // IEEE Trans. Electron Devices. 2020. Vol. 67, № 5. P. 2140-2146.

67. Stanley L.J. et al. Low-Temperature 2D/2D Ohmic Contacts in WSe 2 Field-Effect Transistors as a Platform for the 2D Metal-Insulator Transition // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021. Vol. 13, № 8. P. 10594-10602.

68. Liu M. et al. Enhanced carrier transport by transition metal doping in WS 2 field effect transistors // Nanoscale. 2020. Vol. 12, № 33. P. 17253-17264.

69. Lee G. et al. Ambipolar Charge Transport in Two-Dimensional WS 2 Metal-Insulator-Semiconductor and Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistors // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. Vol. 12, № 20. P. 23127-23133.

70. Karande S.D. et al. Thickness tunable transport in alloyed WSSe field effect transistors // Appl. Phys. Lett. 2016. Vol. 109, № 14.

71. Sun H. et al. P-N conversion of charge carrier types and high photoresponsive

performance of composition modulated ternary alloy W(S x Se 1-x ) 2 field-effect transistors // Nanoscale. 2020. Vol. 12, № 28. P. 15304-15317.

72. Sanjay S. et al. Performance tunability of field-effect transistors using MoS 2(1-x) Se 2x alloys // Nanotechnology. 2021. Vol. 32, № 43. P. 435202.

73. Cho B. et al. Bifunctional Sensing Characteristics of Chemical Vapor Deposition Synthesized Atomic-Layered MoS 2 // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. Vol. 7, № 4. P. 2952-2959.

74. Zhao S., Xue J., Kang W. Gas adsorption on MoS2 monolayer from first-principles calculations // Chem. Phys. Lett. 2014. Vol. 595-596. P. 35-42.

75. Shokri A., Salami N. Gas sensor based on MoS2 monolayer // Sensors Actuators B Chem. 2016. Vol. 236. P. 378-385.

76. Perrozzi F. et al. Thermal stability of WS2 flakes and gas sensing properties of WS2/WO3 composite to H2, NH3 and NO2 // Sensors Actuators B Chem. 2017. Vol. 243. P. 812-822.

77. Ko K.Y. et al. High-Performance Gas Sensor Using a Large-Area WS 2 x Se 2-2 x Alloy for Low-Power Operation Wearable Applications // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018. Vol. 10, № 40. P. 34163-34171.

78. Wang L. et al. Chemiresistive gas sensor based on Mo0.5W0.5S2 alloy nanoparticles with good selectivity and ppb-level limit of detection to ammonia // Microchim. Acta. 2023. Vol. 190, № 8. P. 283.

79. Liang Y. et al. Conversion of MoS2 to ternary alloyed MoS2-xSex for resistive NO2 sensors // Sensors Actuators B Chem. 2023. Vol. 378. P. 133137.

80. Yin Z. et al. Single-Layer MoS 2 Phototransistors // ACS Nano. 2012. Vol. 6, № 1. P. 74-80.

81. Mueller T., Xia F., Avouris P. Graphene photodetectors for high-speed optical communications // Nat. Photonics. 2010. Vol. 4, № 5. P. 297-301.

82. Lopez-Sanchez O. et al. Ultrasensitive photodetectors based on monolayer MoS2 // Nat. Nanotechnol. 2013. Vol. 8, № 7. P. 497-501.

83. Quereda J. et al. Semiconductor channel-mediated photodoping in h-BN encapsulated monolayer MoSe 2 phototransistors // 2D Mater. 2019. Vol. 6, № 2. P. 025040.

84. Liu F. et al. Highly Sensitive Phototransistors Based on Partially Suspended Monolayer WS 2 // ACS Photonics. 2023.

85. Park J. et al. Nature of Photoconductivity in Self-Powered Single-Atomic-Layered Nb-Doped WSe 2 Phototransistors // ACS Photonics. 2023. Vol. 10, № 8. P. 29302940.

86. Li Y. et al. High external quantum efficiency monolayer MoS2(1-x)Se2x phototransistor with alloying-induced near-infrared absorption // Appl. Phys. Lett. 2023. Vol. 123, № 15.

87. Yin J. et al. Large-area highly crystalline WSe_2 atomic layers for ultrafast pulsed lasers // Opt. Express. 2017. Vol. 25, № 24. P. 30020.

88. Zhang Y. et al. All-fiber Yb-doped fiber laser passively mode-locking by monolayer MoS2saturable absorber // Opt. Commun. 2018. Vol. 413. P. 236-241.

89. Zhang S. et al. Direct Observation of Degenerate Two-Photon Absorption and Its Saturation in WS 2 and MoS 2 Monolayer and Few-Layer Films // ACS Nano. 2015. Vol. 9, № 7. P. 7142-7150.

90. Yang Y. et al. Passively Q-switched and mode-locked Tm-Ho co-doped fiber laser using a WS2 saturable absorber fabricated by chemical vapor deposition // Opt. Laser Technol. 2019. Vol. 111. P. 571-574.

91. Liu W. et al. Tungsten diselenide for all-fiber lasers with the chemical vapor deposition method // Nanoscale. 2018. Vol. 10, № 17. P. 7971-7977.

92. Lei J. et al. Ternary 2D Mo(1-x)WxS2 as a saturable absorber for femtosecond

mode-locked all fiber lasers // Opt. Laser Technol. 2022. Vol. 145. P. 107482.

93. Ahmad H. et al. Ternary MoWSe2 alloy saturable absorber for passively Q-switched Yb-, Er- and Tm-doped fiber laser // Opt. Commun. 2019. Vol. 437. P. 355-362.

94. Yan B. et al. MoSSe Saturable Absorber-Based High-Power Passively Q-Switched Bulk Laser // IEEE Photonics Technol. Lett. 2019. Vol. 31, № 3. P. 261-264.

95. Tang P. et al. Broadband saturable absorption of multilayer MoSSe alloy and its application in mid-infrared Q-switched fiber laser // Opt. Fiber Technol. 2022. Vol. 68. P. 102798.

96. Li Y. et al. Recent progress on the mechanical exfoliation of 2D transition metal dichalcogenides // Mater. Res. Express. 2022. Vol. 9, № 12. P. 122001.

97. Lee Y. et al. Synthesis of Large-Area MoS 2 Atomic Layers with Chemical Vapor Deposition // Adv. Mater. 2012. Vol. 24, № 17. P. 2320-2325.

98. Xu Z. et al. CVD controlled growth of large-scale WS 2 monolayers // RSC Adv. 2019. Vol. 9, № 51. P. 29628-29635.

99. Han J. et al. CVD growth of monolayer WS 2 through controlled growth temperature and time // Ferroelectrics. 2020. Vol. 562, № 1. P. 51-57.

100. Zhang G. et al. Synthesis of centimeter-scale WS2 membrane by chemical vapor deposition // J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2022. Vol. 33, № 28. P. 22560-22572.

101. Papanai G.S. et al. Role of processing parameters in CVD grown crystalline monolayer MoSe 2 // RSC Adv. 2022. Vol. 12, № 21. P. 13428-13439.

102. Sassi L.M. et al. Low temperature CVD growth of WSe 2 enabled by moisture-assisted defects in the precursor powder // 2D Mater. 2022. Vol. 9, № 4. P. 045026.

103. Liu B. et al. Chemical Vapor Deposition Growth of Monolayer WSe 2 with Tunable Device Characteristics and Growth Mechanism Study // ACS Nano. 2015. Vol. 9, № 6. P. 6119-6127.

104. Zhang W. et al. CVD synthesis of Mo (1-x) W x S 2 and MoS 2(1-x) Se 2x alloy monolayers aimed at tuning the bandgap of molybdenum disulfide // Nanoscale. 2015. Vol. 7, № 32. P. 13554-13560.

105. Huang H. et al. Two-dimensional alloyed transition metal dichalcogenide nanosheets: Synthesis and applications // Chinese Chem. Lett. 2022. Vol. 33, № 1. P. 163-176.

106. Li H. et al. Preparation and Applications of Mechanically Exfoliated Single-Layer and Multilayer MoS 2 and WSe 2 Nanosheets // Acc. Chem. Res. 2014. Vol. 47, № 4. P. 1067-1075.

107. Johnson D., Oatley-Radcliffe D.L., Hilal N. Atomic Force Microscopy (AFM) // Membrane Characterization. Elsevier, 2017. P. 115-144.

108. В. А. Парфенов И.А.Ю. Атомно-силовая микроскопия и ее применения в науке, технике и реставрации // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

109. Steinhoff A. et al. Efficient Excitonic Photoluminescence in Direct and Indirect Band Gap Monolayer MoS 2 // Nano Lett. 2015. Vol. 15, № 10. P. 6841-6847.

110. Kim Y. et al. Endoscopic imaging using surface-enhanced Raman scattering // Eur. J. Nanomedicine. 2017. Vol. 9, № 3-4.

111. Boandoh S. et al. Ultrafast Pump-Probe Microscopy on 2D Transition Metal Dichalcogenides // Adv. Photonics Res. 2022. Vol. 3, № 8.

112. Kimel A. V. et al. Room-temperature ultrafast carrier and spin dynamics in GaAs probed by the photoinduced magneto-optical Kerr effect // Phys. Rev. B. 2001. Vol. 63, № 23. P. 235201.

113. Ceballos F., Zhao H. Ultrafast Laser Spectroscopy of Two-Dimensional Materials Beyond Graphene // Adv. Funct. Mater. 2017. Vol. 27, № 19.

114. Wang H., Zhang C., Rana F. Ultrafast Dynamics of Defect-Assisted Electron-Hole Recombination in Monolayer MoS 2 // Nano Lett. 2015. Vol. 15, № 1. P. 339-345.

115. Li Y. et al. Ultrafast carrier dynamics in two-dimensional transition metal dichalcogenides // J. Mater. Chem. C. 2019. Vol. 7, № 15. P. 4304-4319.

116. Shi H. et al. Exciton Dynamics in Suspended Monolayer and Few-Layer MoS 2 2D Crystals // ACS Nano. 2013. Vol. 7, № 2. P. 1072-1080.

117. Hohenberg P., Kohn W. Inhomogeneous Electron Gas // Phys. Rev. 1964. Vol. 136, № 3B. P. B864-B871.

118. Kohn W., Sham L.J. Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects // Phys. Rev. 1965. Vol. 140, № 4A. P. A1133-A1138.

119. Argaman N., Makov G. Density functional theory: An introduction // Am. J. Phys. 2000. Vol. 68, № 1. P. 69-79.

120. Simón L., Goodman J.M. How reliable are DFT transition structures? Comparison of GGA, hybrid-meta-GGA and meta-GGA functionals // Org. Biomol. Chem. 2011. Vol. 9, № 3. P. 689-700.

121. Сатанин А.М. Введение в теорию функционала плотности // Изд-во НГУ им. Н.И. Лобачевского,. Нижний Новгород, 2009. P. 64.

122. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple // Phys. Rev. Lett. 1996. Vol. 77, № 18. P. 3865-3868.

123. Hodak M. et al. Implementation of ultrasoft pseudopotentials in large-scale grid-based electronic structure calculations // Phys. Rev. B. 2007. Vol. 76, № 8. P. 085108.

124. Giannozzi P. et al. QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials // J. Phys. Condens. Matter. 2009. Vol. 21, № 39. P. 395502.

125. Head J.D., Zerner M.C. A Broyden—Fletcher—Goldfarb—Shanno optimization procedure for molecular geometries // Chem. Phys. Lett. 1985. Vol. 122, № 3. P. 264-270.

126. Monkhorst H.J., Pack J.D. Special points for Brillouin-zone integrations // Phys. Rev. B. 1976. Vol. 13, № 12. P. 5188-5192.

127. Zhuang H.L., Hennig R.G. Computational Search for Single-Layer Transition-Metal Dichalcogenide Photocatalysts // J. Phys. Chem. C. 2013. Vol. 117, № 40. P. 20440-20445.

128. Huang J. et al. Stable electrical performance observed in large-scale monolayer WSe 2(1- x ) S 2 x with tunable band gap // Nanotechnology. 2016. Vol. 27, № 13. P. 13LT01.

129. Sercombe D. et al. Optical investigation of the natural electron doping in thin MoS2 films deposited on dielectric substrates // Sci. Rep. 2013. Vol. 3, № 1. P. 3489.

130. Zheng B., Chen Y. Controllable Growth of Monolayer MoS 2 and MoSe 2 Crystals Using Three-temperature-zone Furnace // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2017. Vol. 274. P. 012085.

131. Golasa K. et al. Resonant Raman scattering in MoS 2 —From bulk to monolayer // Solid State Commun. 2014. Vol. 197. P. 53-56.

132. Nam D., Lee J.-U., Cheong H. Excitation energy dependent Raman spectrum of MoSe2 // Sci. Rep. 2015. Vol. 5, № 1. P. 17113.

133. Soubelet P. et al. Resonance effects in the Raman scattering of monolayer and few-layer MoSe2 // Phys. Rev. B. 2016. Vol. 93, № 15. P. 155407.

134. Nugera F.A. et al. Bandgap Engineering in 2D Lateral Heterostructures of Transition Metal Dichalcogenides via Controlled Alloying // Small. 2022. Vol. 18, № 12.

135. Jadczak J. et al. Composition dependent lattice dynamics in MoS x Se(2- x ) alloys // J. Appl. Phys. 2014. Vol. 116, № 19.

136. Hamann D.R. Optimized norm-conserving Vanderbilt pseudopotentials // Phys. Rev. B. 2013. Vol. 88, № 8. P. 085117.

137. Baroni S. et al. Phonons and related crystal properties from density-functional perturbation theory // Rev. Mod. Phys. 2001. Vol. 73, № 2. P. 515-562.

138. Irfan I. et al. Enhancement of Raman Scattering and Exciton/Trion Photoluminescence of Monolayer and Few-Layer MoS 2 by Ag Nanoprisms and Nanoparticles: Shape and Size Effects // J. Phys. Chem. C. 2021. Vol. 125, № 7. P. 4119-4132.

139. Duan J. et al. Enhanced Trion Emission in Monolayer MoSe 2 by Constructing a Type-I Van Der Waals Heterostructure // Adv. Funct. Mater. 2021. Vol. 31, № 40.

140. Li H. et al. Growth of Alloy MoS 2 x Se 2(1- x ) Nanosheets with Fully Tunable Chemical Compositions and Optical Properties // J. Am. Chem. Soc. 2014. Vol. 136, № 10. P. 3756-3759.

141. Li H. et al. Lateral Growth of Composition Graded Atomic Layer MoS 2(1- x ) Se 2 x Nanosheets // J. Am. Chem. Soc. 2015. Vol. 137, № 16. P. 5284-5287.

142. Wang Y. et al. Ultrafast Nonlinear Optical Excitation Behaviors of Mono- and Few-Layer Two Dimensional MoS2 // Photonic Sensors. 2019. Vol. 9, № 1. P. 1-10.

143. Wang R. et al. Ultrafast and spatially resolved studies of charge carriers in atomically thin molybdenum disulfide // Phys. Rev. B. 2012. Vol. 86, № 4. P. 045406.

144. Shin M.J., Kim D.H., Lim D. Photoluminescence saturation and exciton decay dynamics in transition metal dichalcogenide monolayers // J. Korean Phys. Soc. 2014. Vol. 65, № 12. P. 2077-2081.

145. Li H. et al. Optical Identification of Single- and Few-Layer MoS 2 Sheets // Small. 2012. Vol. 8, № 5. P. 682-686.

146. Le C.T. et al. Nonlinear optical characteristics of monolayer MoSe 2 // Ann. Phys. 2016. Vol. 528, № 7-8. P. 551-559.

147. Yuan X. et al. Structural stability and intriguing electronic properties of two-

dimensional transition metal dichalcogenide alloys // Phys. Chem. Chem. Phys. 2017. Vol. 19, № 21. P. 13846-13854.

148. Jindal V., Jana D., Ghosh S. Electroreflectance spectroscopy of few-layer MoS2 : Issues related to A1 s exciton subspecies, exciton binding energy, and inter-layer exciton // J. Appl. Phys. 2022. Vol. 132, № 21.

149. Goldstein T. et al. Ground and excited state exciton polarons in monolayer MoSe2 // J. Chem. Phys. 2020. Vol. 153, № 7.

150. Hansen K.R., Colton J.S., Whittaker-Brooks L. Measuring the Exciton Binding Energy: Learning from a Decade of Measurements on Halide Perovskites and Transition Metal Dichalcogenides // Adv. Opt. Mater. 2024. Vol. 12, № 3.

151. Kaindl R.A. et al. Transient terahertz spectroscopy of excitons and unbound carriers in quasi-two-dimensional electron-hole gases // Phys. Rev. B. 2009. Vol. 79, № 4. P. 045320.

152. Kira M., Koch S.W. Many-body correlations and excitonic effects in semiconductor spectroscopy // Prog. Quantum Electron. 2006. Vol. 30, № 5. P. 155-296.

153. Sabbah A.J., Riffe D.M. Femtosecond pump-probe reflectivity study of silicon carrier dynamics // Phys. Rev. B. 2002. Vol. 66, № 16. P. 165217.

154. Liu H.-L. et al. Temperature-dependent optical constants of monolayer MoS2 MoSe2 WS2 WSe2: spectroscopic ellipsometry and first-principles calculations // Sci. Rep. 2020. Vol. 10, № 1. P. 15282.

155. Liu F. et al. Direct Determination of Band-Gap Renormalization in the Photoexcited Monolayer MoS2 // Phys. Rev. Lett. 2019. Vol. 122, № 24. P. 246803.

156. Lundt N. et al. Monolayered MoSe 2 : a candidate for room temperature polaritonics // 2D Mater. 2016. Vol. 4, № 1. P. 015006.

157. Song B. et al. Layer-Dependent Dielectric Function of Wafer-Scale 2D MoS 2 // Adv. Opt. Mater. 2019. Vol. 7, № 2.

158. Beal A.R., Hughes H.P. Kramers-Kronig analysis of the reflectivity spectra of 2H-MoS 2 , 2H-MoSe 2 and 2H-MoTe 2 // J. Phys. C Solid State Phys. 1979. Vol. 12, № 5. P. 881-890.

159. Ermolaev G.A. et al. Broadband optical properties of monolayer and bulk MoS2 // npj 2D Mater. Appl. 2020. Vol. 4, № 1. P. 21.

160. Islam K.M. et al. In-Plane and Out-of-Plane Optical Properties of Monolayer, Few-Layer, and Thin-Film MoS 2 from 190 to 1700 nm and Their Application in Photonic Device Design // Adv. Photonics Res. 2021. Vol. 2, № 5.

161. Liu B. et al. Coupled relaxation channels of excitons in monolayer MoSe 2 // Nanoscale. 2017. Vol. 9, № 46. P. 18546-18551.

162. Hao S. et al. Controlling exciton transport in monolayer MoSe 2 by dielectric screening // Nanoscale Horizons. 2020. Vol. 5, № 1. P. 139-143.