Формирование пленок дисульфида молибдена для электроники для электроники методом магнетронного распыления стехиометрических мишеней тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.06, кандидат наук Чжо Зин Пьо

• Чжо Зин Пьо
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Чжо Зин Пьо

Основные обозначения и сокращения

Введение

Глава 1. Анализ требований к тонким пленкам дисульфида молибдена для электроники

1.1. Строение и свойства кристаллов и пленок 2D-материалов

1.1.1. Особенности кристаллической структуры MoS

1.1.2. Электронная зонная структура ЫэЗ

1.2. Влияние параметров пленок MoS2 на характеристики приборов

1.3. Анализ применений тонких плёнок MoS 2 в электронике

1.4. Обобщение требований к плёнкам MoS2 для устройств электроники

1.5. Анализ методов получения тонких пленок MoS

1.6. Выводы по Главе

ГЛАВА 2. Выявление механизмов роста и структурообразования пленок MoS 2 при осаждении под влиянием технологических факторов

2.1. Анализ механизмов роста тонких пленок на начальных стадиях

2.2. Анализ особенностей ориентации кристаллитов дисульфида молибдена в тонких пленках

2.3. Механизм послойного роста пленок ЫэЗ

2.4. Анализ влияния технологических факторов на структуру пленок МоБ2

2.4.1. Влияние температуры подложки

2.4.2. Влияние давления рабочего газа

2.4.3. Влияние мощности распыления на структуру пленок

2.4.4. Влияние потенциала смещения подложки

2.5. Выводы по Главе

ГЛАВА 3. Экспериментальное оборудование для нанесения и исследования тонких пленок дисульфида молибдена

Стр.

3.1. Оборудование и технология нанесения пленок MoS2 методом магнетронного распыления стехиометрических мишеней

3.1.1. Общие сведения о методе магнетронного нанесения

3.1.2. Экспериментальное технологическое оборудование

3.2. Разработка технологического процесса нанесения пленок MoS

3.2.1. Подготовка распыляемых стехиометрических мишеней MoS

3.2.2. Технологический процесс нанесения пленок MoS

3.3. Выбор кристаллических подложек для нанесения пленок MoS

3.3.1. Особенности кристаллических решеток MoS 2 и подложек

3.3.2. Особенности механизмов роста пленки MoS

3.4. Выбор оборудования для исследования пленок

3.4.1. Измерение толщины и морфологии пленок методом АСМ

3.4.2. Измерение характеристик пленок методом спектрофотометрии

3.4.3. Определение оптических параметров и оптической ширины запрещенной зоны пленок

3.5. Выводы по Главе

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4.1. АСМ исследования структуры и особенностей роста пленок MoS

4.2. Влияние температуры на формирование пленок MoS2

4.3. Влияние давления аргона и мощности разряда на морфологические особенности пленок MoS2

4.3.1. АСМ исследования пленок MoS 2 толщиной менее 100 нм

4.3.2. Анализ совместного влияния технологических факторов на шероховатость тонких пленок MoS2

4.3.3. Измерение оптических характеристик тонких пленок MoS

4.4. Формирование и исследование ультратонких пленок MoS2

4.4.1. Нанесение и характеризация ультратонких пленок MoS2

4.4.2. Морфологические особенности ультратонких пленок MoS

4.4.3. Измерение оптической ШЗЗ ультратонких пленок MoS

Стр.

4.4.4. Характерные особенности утральтонких пленок ЫэЗ 2 на

начальных стадиях роста

4.5. Структурно-морфологические области пленок МоБ2

4.6. Возможности применения ультратонких пленок в устройствах

4.7. Выводы по главе

Общие выводы и заключение по работе

Список использованных источников

Основные обозначения и сокращения:

ДПМ - дихалькогениды переходных материалов МоS2 - дисульфид молибдена ЯГ- ячейка гретцеля

ITRS - международный план по развитию полупроводниковой технологии

CVD - метод осаждения из газовой фазы

PVD - метод физического осаждения

ALD - атомно-слоевое осаждение

PLD - импульсное лазерное осаждение

АСМ - атомно-силовая микроскопия

РЭМ - растровая электронная микроскопия

SPR - поверхностный плазмонный резонанс

АИИ -автономный источник ионов

ПФЭ -полный факторный эксперимент

Введение

Разработка перспективных материалов с требуемыми свойствами и воспроизводимых методов их получения остается фундаментальной проблемой на протяжении десятилетий. Результаты большого числа работ в области нанотехнологий и наноматериалов свидетельствуют о существенном влиянии на свойства материалов факторов размерности (Dimension) и наноразмера (Size) геометрических элементов электронных устройств. Эти факторы могут быть использованы для управления химическими, электрическими, оптическими и электронными свойствами материалов с целью их дальнейшего применения в таких областях, как наноэлектроника, оптоэлектроника и др. Миниатюризация остается одним из основных факторов развития электроники, а предельным ограничением в части наноэлектроники является использование тонких пленок толщиной в один атом или молекулу. Уникальные электронные свойства таких материалов, относящихся к классу двумерных материалов (2D) позволяют использовать их в различных перспективных электронных устройствах [1].

Особенности кристаллического строения таких слоистых материалов, как графит и дихалькогениды переходных металлов (ДИМ) (MoS2, WS2 и подобные) известны давно, их широко используют в промышленности, традиционно, в качестве сухих смазок [2]. Особое строение объемных кристаллов этих слоистых материалов предопределено наличием сильных ковалентных связей между атомами в пределах слоя и слабого Ван-дер-Ваальсового взаимодействия между слоями. Не так давно эти естественные природные особенности позволили с помощью клейкой ленты, не повреждая кристалличности в слоях, получить в 2004-2005 гг. опытные образцы атомарно тонких пленок, что привело к бурному развитию работ в области исследования и синтеза 2D-материалов и электронных устройств на их основе. Эти новаторские работы, проводимые в научной группе А.Гейма и К.Новоселова были удостоены Нобелевской премии по физике в 2010 году [3].

Вследствие уменьшенной размерности (2D) атомарно тонкие пленки материалов демонстрируют свойства, сильно отличающиеся от свойств их трехмерных объемных аналогов (3D), и высокочувствительны к их окружающей локальной среде. Дисульфид молибдена (MoS2) обладает свойствами полупро-водника с электронным типом проводимости и рассматривается в качестве кандидата на роль 2D-полупроводника для электронных устройств на основе двумерных материалов. В 2011 г. появляется публикация о реализации опытного образца полевого транзистора с каналом на основе 2D-MoS2 [4], начиная с этого момента наблюдается бурный рост числа работ в части применения пленок MoS 2 в области наноэлектроники, диаграмма, представленная на Рисунке В. 1 отражает динамику роста количества публикаций по тематике MoS2.

Рисунок В.1. Динамика количества публикаций по тематике MoS2

На сегодняшний день разными авторами получены прототипы и определены характеристики таких устройств, с использованием функциональных полупроводниковых слоев MoS2, как полевой транзистор, фотодатчик, ячейка флеш-памяти и др. Использование в их конструкции монослойной пленки MoS2 обеспечивает достижение высоких переключательных характеристик (1оп/1о// до 108), подвижности электронов до 200 см^В^с1, монослой MoS2 обладает высоким оптическим поглощением и была зафиксирована максимальная фоточувствительность величиной 880 А/Вт на длине волны 561 нм. Существенное

влияние на подвижность электронов оказывает толщина пленки MoS2, которая значительно уменьшается при достижении толщины монослоя. Для образцов полевого транзистора с пятнадцатью монослоями MoS2 (суммарная толщина -10 нм), обеспечиваются значения подвижности носителей порядка 700 см2^В-1х-1 при комнатной температуре. Аморфные пленки MoS2 с толщинами от 5 до 100 нм использовались в преобразователях тока и в качестве сенсоров. Во всех случаях применения в электронных приборах ультратонких пленок Мо$ 2 были достигнуты высокие электронные и оптические характеристики устройств [5].

Кроме того, полевые транзисторы с каналом из монослоя Мо$ 2 демонстрируют высокую стабильность электронных свойств при деформациях и могут быть использованы в гибкой электронике, способны заменить элементы дискретной логики на гибких дисплеях. В настоящее время для этих целей

используются структуры на основе аморфного кремния [6], при этом необходима

2

подвижность носителей заряда в канале на уровне не менее 10 см •В- •с- . Кроме

высокой подвижности носителей заряда в транзисторах с использованием MoS2

2

на гибких подложках, превышающей 30 см •В- •с-, монослой MoS2 обладает высокой прозрачностью [7]. Подвижность носителей в большой степени зависит от диэлектрических характеристик подложки и в случае применения таких

высокоэффективных диэлектриков, как НЮ2 [4] и А1203 [8] может была увеличена

2

до 200 и 500 см •В- •с-, соответственно.

Кроме того, в последнее время возможность применения 2D-материалов в области плазмоники привлекает значительное внимание исследователей. В наноплазмонике носители заряда могут генерироваться в слое полупроводника (WS2 или MoS2). Так, в структуре «графен^$2/графен» при приложении напряжения происходит разделение носителей заряда и их накопление в разных слоях графена. Внутренний квантовый выход для структур «графен/WS2/графен» составляет 0.2-0.3 при мощности возбуждающего лазера до 10 мкВт [9]. В конструкции таких плазмонных устройств применяют вертикально ориентированные слои 2D-материалов.

Таким образом, результаты рассмотрения работ и анализа требований к электронным устройствам, в которых используются ультратонкие пленки на основе MoS2, с предельно малыми толщинами, вплоть до одного молекулярного слоя показывают, что в зависимости от функционального назначения в конструкции таких устройств могут использоваться пленки MoS2 толщиной менее 10 нм, обладающие, как кристаллической, так и аморфной структурой. На сегодняшний день не решены вопросы воспроизводимого получения сплошных ультратонких пленок MoS2 на крупноразмерных подложках с использованием промышленно ориентированных методов. Состояние проблемы

Большое число работ посвящено изучению электронных и фотонных свойств двумерных материалов, включая 2D-MoS2, следует отметить труды авторов, внесших наибольший вклад в формирование этого направления:

A.К.Гейма, С.Б.Морозова, К.С.Новоселова (с 2005 г.), G.Galli (с 2007 г.), A.Kis и

B.Radisavljevic (с 2008 г.) и др. Вопросы создания электронных и фотонных приборов на основе новых 2D-материалов и Ван-дер-Ваальсовых гетероструктур отражены в работах таких авторов, как: В.И.Рыжий, В.Е.Федоров, С.Готтхард, Д.А.Свинцов, A.Kis, B.Radisavljevic, MB.Whitwick, H.Chang, W.Zhang, Y.Wang, H.S.Lee, P.D.Ye, H.Liu, S.Kim, W.G.Song, M.R.Laskar, S.H.Liang и многих других. Разработкой технологических процессов формирования пленок MoS 2 занимались:

A.П.Семенов, МВ.Ноженков, А.И.Беликов, А.А.Воеводин, В.Ю.Фоминский,

B.Н.Неволин, Э.П.Домашевская, А.Хайлани, Ф.Е.Божеев, T.Spalvins, J.Moser, F.Levy, V.Buck, K.L.More, D.G.Teer, P.D.Fleischauer, L.J.Li, L.K.Tan, P.Y.Huang, R.Bichsel, A.Emily, W.J.Lou, Q.H.Wang, L.Liu, S.Wu, Y.H.Lee и др. Особенности структуры и кристаллизации пленок MoS2 изучали в своих работах следующие авторы: МВ.Ноженков, А.С.Сигов, А.М.Маркеев, Э.П.Домашевская, А.Хайлани, В.В.Ан, А.Л.Толстихина, G.A.Castellanos и многие другие исследователи.

Как показал анализ литературных источников в отношении тонких пленок MoS2, хорошо представлены вопросы получения пленок с толщинами более 100 нм, для повышения кристалличности и структурного совершенства которых

используют высокие температуры (400-1000 °С). В ряде работ показано, что при формировании на подложках пленок толщиной в несколько молекулярных слоев при температуре 600 °С пленки могут сворачиваться в нанотрубки. Ограничением для пленок, формируемых на подложках для гибкой электроники, также является использование низких температур процесса. В этой связи ключевым направлением исследований в области перспективных двумерных материалов остается поиск и разработка методов и режимов воспроизводимого получения сплошных ультратонких (с толщинами менее 10 нм) пленок MoS2 при невысоких (до 300 °С) температурах процессов.

Поэтому целью диссертационной работы является выбор и разработка научно-обоснованных режимов формирования сплошных ультратонких пленок дисульфида молибдена толщиной менее 10 нм методом магнетронного распыления стехиометрических мишеней при невысоких температурах для перспективных устройств наноэлектроники.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ перспективных применений и определить требования к тонким пленкам дисульфида молибдена для устройств наноэлектроники.

2. Провести сравнительный анализ методов формирования ультратонких пленок MoS2, обосновать применение метода магнетронного нанесения, определить диапазоны варьируемых параметров режимов.

3. Выбрать методы и оборудование для подготовки и исследования образцов тонких пленок дисульфида молибдена.

4. Проанализировать механизмы роста тонких пленок применительно к особенностям строения и свойствам MoS2, выявить наиболее значимые параметры осаждения, влияющие на характер роста в системе «подложка-пленка», структуру и свойства пленок.

5. Разработать технологию нанесения, получить тонкие пленки MoS 2, выявить зависимости между параметрами технологического процесса и характеристиками пленок, определить режимы нанесения ультратонких пленок.

Научная новизна работы

1. Выявлены особенности структурообразования ультратонких пленок MoS2, формируемых при температуре 200°С методом магнетронного нанесения на согласованных кристаллических подложках, характеризуемые наличием преимущественно послойного механизма роста при толщинах до 3.5 нм с переходом в послойно-островковый рост при больших толщинах.

2. Установлены феноменологические особенности роста ультратонких пленок MoS2, выражающиеся в снижении шероховатости исходной подложки при осаждении пленок в условиях более низкого давления аргона и мощности разряда, свидетельствующие о повышении вероятности встраивания осаждаемых частиц MoS2 в узлы ступеней поверхности с более высокой свободной энергией при увеличении энергии частиц.

3. В области невысоких температур подложки (от 200°С до 300°С) при осаждении ультратонких пленок MoS2 методом магнетронного распыления мишени выявлено существенное повышение поверхностной диффузии осаждаемых частиц MoS2 за счет снижения рабочего давления с 0.9 Па до 0.5 Па с преобладающим влиянием повышенной энергии осаждаемых частиц на процессы миграции частиц при более низкой температуре, в сравнении с термически активируемой составляющей миграции, зависящей от температуры подложки.

Практическая значимость

1. Определены технологические режимы формирования магнетронным методом сплошных ультратонких пленок дисульфида молибдена для реализации групповой технологии изготовления устройств наноэлектроники.

2. Получена модель процесса и выявлены технологические режимы и параметры оборудования, обеспечивающие формирование ультратонких пленок дисульфида молибдена низкой шероховатости и высокой планарности.

3. Предложена методика оценки структурно-морфологических особенностей тонких пленок MoS2 методом атомно-силовой микроскопии на основе учета сильной анизотропии строения кристаллитов MoS2.

Внедрение результатов работы

Материалы диссертационной работы и полученные результаты использованы в учебном процессе кафедры «Электронные технологии в машиностроении» МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Методы исследования

Для решения поставленных задач в работе использовались положения теории роста тонких пленок в вакууме. Образцы тонких пленок MoS 2 получали на различных режимах магнетронного распыления мишени MoS 2 при температурах подложки в диапазоне от 200 °С до 300 °С.

Для получения данных о субструктуре и морфологии образцов использовались сканирующие электронная (СЭМ) и зондовая (СЗМ) микроскопии. Для определения спектра отражения и ширины запрещенной зоны тонких пленок MoS2 применялась спектрофотометрия в диапазоне длин волн 3801100 нм и использовались расчетные методики, основанные на подходах, предложенных Кубелькой-Мунком и Тауцем.

Достоверность полученных результатов

В работе использованы эмпирические и теоретические методы исследования. Решения задач базируются на экспериментальных данных и известных теоретических положениях физики и технологии тонких пленок в вакууме и методах математического моделирования. Достоверность полученных результатов подтверждается адекватностью разработанных математических моделей, использованием известных положений фундаментальных наук, сходимостью полученных теоретических результатов с данными эксперимента, использованием современного поверенного измерительного оборудования и стандартных методик измерения, многолетним опытом эксплуатации используемого технологического оборудования.

Положения, выносимые на защиту: 1. Структурно-морфологические особенности ультратонких пленок MoS2 на полированных кристаллических подложках можно оценивать методом атомно-

силовой микроскопии, учитывая сильную анизотропию свойств и характерное слоистое строение кристаллитов MoS2.

2. Механизм послойного роста пленок MoS2 на согласованных подложках кремния (111) и сапфира (0001) реализуется на скорости осаждения 0.35 нм/с при толщинах до 3.5 нм, при толщинах более 5 нм происходит переход в стадию трехмерного разрастания островков, что было выявлено на основании исследования методом АСМ морфологии пленок MoS

3. Ультратонкие пленки MdS2 толщиной 3.5 нм с шероховатостью менее 0.3 нм и размером зерна около 150 нм, обладающие шириной запрещенной зоны 1.73 эВ, можно получать на подложках кремния при температуре 200 °С, давлении аргона 0.5 Па и скорости осаждения 0.35 нм/с методом магнетронного распыления стехиометрической мишени.

4. При более низкой температуре подложки (200 °С) в исследованном диапазоне температур (200 - 300 °С), при осаждении ультратонких пленок MoS2 методом магнетронного распыления мишени, увеличение поверхностной диффузии осаждаемых на подложку частиц может обеспечиваться за счет повышения их энергии, что в технологическом процессе достигается путем снижения рабочего давления аргона с 0.9 Па до 0.5 Па.

5. Снижение шероховатости и увеличение размера зерен при магнетронном нанесении тонких пленок MoS2 обеспечивается снижением давления аргона и скорости осаждения (за счет снижения мощности разряда), увеличением температуры подложки.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование пленок дисульфида молибдена для электроники для электроники методом магнетронного распыления стехиометрических мишеней»

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на: 13-й Международной конференции «Пленки и покрытия», г.Санкт-Петербург, 2017 г.; 24-ой Научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника», г. Судак, 2017 г; Международной научно -технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (Интерматик-2017), г.Москва, 2017 г.; 5-й Международной школе-конференции «Saint-Petersburg OPEN 2018», г.Санкт-Петербург, 2018 г.;

25-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Вакуумная техника и технологии», г.Санкт-Петербург, 2018 г.; Международной конференции «Микро- и наноэлектроника» (ICMNE-2018) с расширенной сессией «Квантовая информатика», г.Звенигород, 2018 г.; 4-ом Междисциплинарном научном форуме с международным участием «Новые материалы и перспективные технологии», г.Москва, РАН, 2018 г; Международной конференции IUMRS - ICAM (International Conference on Advanced Materials). E-MRS European Materials Research Society, France, 2019 г.

Положенные в основу диссертации разработки удостоены наград: Диплом за лучшую презентацию на 5-й международной школе и конференции «Saint Petersburg OPEN 2018»; Диплом I степени Всероссийского конкурса научно -исследовательских работ в области инженерных и гуманитарных наук, посвященного 165-летию со дня рождения В.Г.Шухова в номинации «Наноинженерия», МГТУ им Н.Э. Баумана; Диплом I степени XIV Всероссийской молодежной научно-инженерной выставки «Политехника», посвящённой 85-летию Ю.А.Гагарина.

Публикации по теме диссертации

По теме диссертации опубликовано 29 работ, в том числе: 3 статьи в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов диссертационных работ, 9 работ опубликованы в академических изданиях, рецензируемых в системах WoS и SCOPUS. 17 тезисов опубликованы в сборниках трудов конференций.

Личный вклад

Автором лично выполнено обоснование направления исследования по результатам анализа научно-технической и патентной литературы. Постановка цели и задач исследования проводились совместно с научным руководителем. Подготовка и реализация экспериментов по нанесению пленок проводилась в научной группе при непосредственном участии автора. Разработка методов исследования и измерение параметров пленок были выполнены непосредственно автором работы. Вошедшие в диссертацию результаты получены автором,

дискутировались и обсуждались с научным руководителем. Автор принимал непосредственное участие в обсуждении результатов, написании статей и подготовке докладов на международные и всероссийские конференции. Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов по работе, списка литературы из 132 наименований и приложений. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 82 рисунка и 20 таблиц.

Благодарности

Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность своему научному руководителю - доценту, кандидату техн. наук Беликову Андрею Ивановичу - за помощь в постановке задач, советы и ценные замечания в работе над диссертацией.

Искреннюю благодарность автор выражает всему коллективу кафедры «Электронные технологии в машиностроении» МГТУ им. Н.Э.Баумана за своевременные наставления, помощь в анализе результатов и поддержку. Коллективу лаборатории, в которой выполнялась работа, в особенности сотруднику лаборатории Калинину Владимиру Николаевичу за подготовку и осуществление технологической части работы, обеспечение работоспособности оборудования, магистратурам Семочкину А.И. и Сикову А.В.

Особую благодарность автор выражает всем своим соавторам, без совместной работы и обсуждения результатов, с которыми данная работа не была бы полноценной.

Также автор выражает благодарность за терпение, понимание и огромную поддержку своей семье.

Глава 1. Анализ требований к тонким пленкам дисульфида молибдена

для электроники

1.1. Строение и свойства кристаллов и пленок 2D-материалов

Тонкие пленки целой группы материалов на основе соединений типа МХ2 (где M-переходной металл, ^о, W и др.), а X - халькоген Se)) вызывают большой интерес для ряда областей науки, современной электроники, оптики, фотоники и давно широко используются в качестве твердой смазки. Атомарно тонкие слоистые наноструктуры из ДПМ обладают уникальными электрическими и оптическими свойствами.

Для области электроники особый интерес представляют двумерные (2Б) материалы, которые имеют выраженную запрещенную зону. Среди таких материалов следует отметить ДПМ, которые имеют кристаллическую структуру, состоящую из слабо связанных между собой слоев Х-М-Х, каждый из которых представляет собой «сэндвич» из двух слоев атомов -халькогенов со слоем атомов металла M между ними, как показано на Рисунке 1.1. Связь атомов металла и халькогенов в данной упаковке является сильной, преимущественно ковалентной.

Рисунок 1.1. Трехмерное схематичное представление одного слоя типичной

МХ2 структуры

Важными свойствами 2D-материалов являются следующие: 1) Поверхности слоистой структуры естественно само-пассивированы без каких-либо ненасыщенных связей, что упрощает интеграцию 2D-материалов с фотонными структурами.

2) Возможно создание вертикальных гетероструктур с использованием различных 2D-материалов без обычных несоответствий параметров решетки благодаря тому, что слои с разными константами решетки в гетероструктурах связаны слабыми силами Ван-дер-Ваальса, как в слоистых материалах.

3) 2В-материалы могут покрывать широкий электромагнитный спектр, благодаря их разнообразным электронным свойствам [5].

Из этого класса материалов наиболее широко изучается дисульфид молибдена с толщинами в один или несколько молекулярных слоёв.

На этапе современного перехода от микро к наноэлектронике активно развивается процесс создания устройств повышенной интеграции с большим числом транзисторов с размерами элементов менее 10 нм. Согласно закону Мура, число элементов на кристалле удваивается каждые два года. Пока эта тенденция сохраняется.

1.1.1. Особенности кристаллической структуры MoS2

Основная кристаллическая структура дисульфида молибдена изучается уже более 5 десятилетий [10]. В последнее время он стал изучаться применительно к перспективным электронике и оптоэлектронике [11]. Кристалл МоБ2 имеет двумерную слоистую структуру, как 2Б материал, с отдельными слоями, наложенными друг на друга, чтобы сформировать объем.

МоБ2 относится к классу ДПМ с формулой МХ2, имеет кристаллическую структуру, состоящую из слабо связанных между собой слоев S-Mo-S, где атом переходного металла Мо расположен между двумя атомами серы S. Атомы Мо и Б уложены в кристаллическую решетку гексагонального вида (в плане) и ламелярную в сечении [12] на основе блоков S-Mo-S с сильными ковалентными связями Мо-Б (Рисунок 1.2.а). При этом слои блоков между собой связаны слабыми силами Ван-дер-Ваальса и могут относительно координироваться в объемный блок-кристалл на основе 3-х различных политипов, которые различаются по порядку упаковки слоев и координации атомов, как показано на Рисунке 1.2.б. Каждый двумерный кристаллический слой имеет толщину около

0,65 нм. Эти слои удерживаются вместе слабыми силами Ван-дер-Ваальса, что позволяет получать одно-и многослойные кристаллические чешуйки с помощью метода механического отслаивания «скотч-метод», который был использован для изготовления первого образца графена [13].

(а) (б)

Рисунок 1.2. Трехмерное схематичное представление слоев и вида сверху типичной MоS2 структуры (а) и структуры на основе различных политипов (б) [12]

Объемный MoS2 кристалл имеет различные упаковки в политипах. Наиболее распространенным являются три фазы 1Т, 2Н и 3R (Рисунок 1.2 б). Фаза 1Т имеет тетрагональную симметрию с октаэдрической координацией; фаза 2Н имеет гексагональную симметрию с тригональной призматической координацией; и 3R фаза имеет ромбоэдрическую симметрию с тригональной призматической координацией. Фаза 2Н является наиболее стабильной фазой для MoS2. Но однослойный MoS2 может иметь только две фазы: 1Н или 1Т. Координация атомов имеет тригональную призму в фазе 1Н и октаэдрическую в фазе 1Т. 1Н и 1Т фазы MoS2 имеют одинаковую толщину около 6-7 А [14]. Соединения атомов кристаллизуются в слоистой структуре, так, что атомы халькогена расположены в плотноупакованных гексагональных слоях, а атомы переходных металлов имеют шестикратную тригональную призматическую координацию. Политипы 2Н и 3R имеют разные последовательности расположения слоев. Политип 2Н имеет два слоя в элементарной ячейке, уложенной в гексагональной симметрии в сечении

ячейки решетки [1120]. Политип 3R имеет три слоя в направлении оси (направление [0001]) в ромбоэдрической симметрии в сечении [1120].

Общая симметрия дисульфида молибдена является гексагональной или ромбоэдрической и атомы металла составляют треугольную призму или октаэдрическую координацию, как показано на Рисунке 1.3. В кристаллических решетках дисульфида молибдена, в примитивной ячейке, каждый атом металла Mo ковалентно связан с шестью атомами серы, тогда как каждый атом серы соединен с тремя атомами Мо. Структура однозначно определяется гексагональным параметром решетки а, вне плоскости решетки параметром с и толщиной слоя к. Для дисульфида молибдена параметры а, с и к соответственно равны 3.16 А, 12.58 А и 6.25 А [15].

о* о^ ^ ^ о^ У

ж #

(б)

Рисунок 1.3. Координационная геометрия кристаллической ячейки однослойного Мо82: а - тригональная призма и б - октаэдр [15]

1.1.2. Электронная зонная структура Мо82

Электронная структура играет важную роль в понимании физических и электрических свойств MoS2. В области электронных и оптико-электронных приборов применения MoS2 сильно зависят от его электронных свойств, в частности от зонной структуры. Величина ширины запрещенной зоны (ШЗЗ) дисульфида молибдена зависит от количества слоев материала (на Рисунке 1.4.б), причём однослойный MoS2 является прямозонным полупроводником с шириной

запрещенной зоны 1.9 эВ (на Рисунке 1.4.а). Массивный кристалл является полупроводником с непрямой запрещенной зоной, ширина которой имеет значение 1.3 эВ и простирается от потолка валентной зоны в точке Г до дна зоны проводимости в точке, расположенной между точками Г и К. С уменьшением количества молекулярных плоскостей эта величина увеличивается.

Объем четыре слой два слоя монослой

Количество слоев. ^4оЙ2

(а) (б)

Рисунок 1.4. ШЗЗ для различного количества слоев MoS2 (а) и зонная структура в зависимости от количества слоев (б).Стрелками показаны самые низкоэнергети-ческие переходы (непрямые, прямые) каждой из систем [16]

Другие материалы состава MX2 демонстрируют качественно похожие электронные свойства и имеют ширину запрещенной зоны в диапазоне 0.74 - 2 эВ, параметры наиболее широко исследуемых материалов представлены в Таблице 1.

Таблица 1 .

Параметры запрещенной зоны дихалькогенидов переходных металлов

2D материал Ширина запрещенной зоны, Eg, (Объем) Ширина запрещенной зоны, Eg, (монослой)

MoS2 1.2 1.8

MoSe2 1.1 1.5

MoTe2 1 1.1

WS2 1.4 2.1

WSe2 1.2 1.6

Ширина запрещенной зоны монослоев может варьироваться путем изменения состава материалов, а также применения внешних электрических полей. Поскольку существенная ширина запрещенной зоны важна для областей дискретной электроники, например, полевых транзисторов и оптоэлектронных устройств, эти свойства являются одними из главных.

1.2. Влияние параметров пленок MoS2 на характеристики приборов

Электронные свойства тонких пленок MoS2 делают возможной разработку электронных и оптоэлектронных устройств, а также другие применения. Электронная структура и свойства полупроводниковых 2D материалов, зависит от таких факторов, как толщина, шероховатость, сплошность, структура и размер зерна пленок. Подвижность электронов на однослойных пленках MoS2 в полевых

транзисторах варьируется в широком диапазоне - от ~1 см2В-1с-1 (воздух / MoS2 /

2 11

SiO2) до ~200 см В- с- (НЮ2 / MoS2 / SiO2) в зависимости от диэлектрической среды [4]. Многослойные транзисторы MoS2 (толщиной от нескольких до

десятков нанометров) [17] с относительно простой конфигурацией на обратном

2 -1 -1

затворе демонстрируют значения подвижности до 470 см В- с- при комнатной температуре [18] на подложке из ПММА.

В работе [19] авторы исследовали полевые транзисторы из множества слоев (многослойные) MoS2 и зависимость их свойств от толщины. Многослойные пленки MoS2 обеспечивают достижение более высокой подвижности электронов и более высокого предела тока транзисторов, чем моно- или мало-слойные, и могут лучше подходить для определенных применений. При толщине от 5.7 нм до 77 нм достигается пробойный ток 1.2 мА, подвижность - 42 см2В-1с-1 и отношение тока включения / выключения 10пЛ0й- ~ 10 . Моно-слойные полевые транзисторы на MoS2 могут быть применены в жидкокристаллических и органических светодиодных дисплеях высокого разрешения.

На Рисунке 1.5 приведены данные подвижности и отношения тока включения/выключения 10пЛщ- для 10 устройств с различной толщиной пленок MoS2 и материалами контактов.

pq

40

>4

¡20

И

S3 «

tí

Й о

(б)

В 10е

с

JD

10"

- ¡pee ■ 'ф —■

• Ni (290nm S¡02) в Ti/Ni (290nm S¡02) H Ti/Ni (3.5цт Si02)

- Н

« ® © © • г н. • Ni (290nm SiO,,) © Ti/Ni (290nm S¡02) : H Ti/Ni (3.5цт Si02) 1

m ф ф в

20 40 60

Толщина (нм)

80

Рисунок 1.5. Подвижность электронов (а) и соотношение токов включения / выключения (б) устройств с разной толщиной MoS2 на диэлектрике SiO2 с разными материалами затворов

Huang с соавторами [20] разработали набор полевых транзисторов из островков MoS2, содержащих единственную границу зерна, и изучили проводимость вдоль и поперек границ зерен двойникового и наклонного типа. Устройства, построенные на одном зерне MoS 2, демонстрируют поведение n-типа с подвижностью 3-4 см2В-1с-1, что сопоставимо с данными для полевых транзисторов, изготовленных из механически расслоенного MoS2. Граница зерна незначительно влияет на проводимость канала. Электрические характеристики устройств, измеренные вдоль границ, отличаются и демонстрируют на 25% большую проводимость в открытом состоянии и на 60% большую проводимость в закрытом состоянии по сравнению с бездефектным кристаллом. Наличие большого числа границ оказывает сильное влияние на электрические свойства.

В работе [21] были нанесены и исследованы пленки MoS2 на SiO2/Si методом магнетронного распыления при комнатной температуре и при 400°C. Авторы обнаружили, что пленки MoS2, осажденные при комнатной температуре, являются аморфными, имеют гладкую морфологию поверхности и легко разрушаются при умеренном лазерно-индуцированном отжиге в условиях окружающей среды. Напротив, пленки, осажденные при 400°C, являются нано-

кристаллическими, демонстрируют нанозернистую морфологию поверхности. Нанокристаллический MoS2, осажденный при 400 °С, показывает значительно лучшие характеристики по сравнению с аморфным MoS2, полученным при коммнатной температуре осаждении (тестируемые толщины пленок составляли 10 нм и 100 нм). Более высокая степень кристалличности в сочетании с большей удельной площадью поверхности из-за нанозернистой морфологии поверхности в пленках MoS2 при температуре 400°С является преимуществом. Размер кристаллитов сильно уменьшается при осаждении на низких температурах.

1.3. Анализ применений тонких плёнок MoS2 в электронике

Недавние достижения в области получения и исследования опытных образцов приборов на основе 2D MoS2 указывают на возможный широкий спектр применений в таких устройствах, как полевые транзисторы, биосенсоры, фотодетекторы, солнечные элементы, устройства хранения и др.

Полевые транзисторы на основе Мо82. Двумерные полупроводниковые материалы обладают высокой подвижностью и высоким соотношением токов в открытом и закрытом состояниях по сравнению с традиционным кремнием [22], что делает их перспективными в качестве материала для полевых транзисторов.

По сравнению с графеном, который представляет собой полуметалл с нулевой запрещенной зоной, MoS2 является полупроводником со значительно более широким значением непрямой запрещенной зоны (от 1.29 эВ), а также прямой ЗЗ (~1,9 эВ) в объемном и монослойном вариантах соответственно [23].

Моделирование и теоретические исследования предсказывают для устройств с использованием слоев MoS2 высокую подвижность электронов: от 200 до 500 см2-В-1-с-1, высокие соотношения токов включения / выключения до 1010 [24]. По сравнению с кремниевыми устройствами, устройства на основе MoS2, в соответствии с руководящими принципами ITRS (Международный план по развитию полупроводниковой технологии), для технологий с низким уровнем мощности обеспечивают многочисленные преимущества за счет меньшего энергопотребления, низких тока утечки и задержки переключения [25].

Первая реализация полевого транзистора с верхним затвором и каналом на основе монослоя MoS2 была представлена К1б с сотрудниками, как показано на Рисунке 1.6. При использовании оксида гафния (ПЮ2) в качестве подзатворного диэлектрика, подвижность носителей достигала 200 см2^В-1х-1 при комнатной температуре и было достигнуто соотношение токов в открытом и закрытом состояниях, составляющее рекордное значение - 1010 [4].

(а) (б)

Рисунок 1.6. Вид устройства на основе фрагментов пленки МоБ2 (а) и схематическая иллюстрация устройства полевого транзистора на основе монослоя MoS2 с НТО2 в качестве подзатворного диэлектрика (б) [4]

Существенное влияние на подвижность носителей оказывает толщина пленки MoS2, которая значительно уменьшается при достижении толщины монослоя. Для образцов полевого транзистора с пятнадцатью монослоями MoS2 (суммарная толщина - 10 нм), обеспечиваются значения подвижности носителей порядка 700 см2-В-1-с-1 при комнатной температуре [26].

Эффективность применения двумерных материалов в полевых транзисторах для дискретной электроники может быть оценена на основании значения ШЗЗ, подвижности носителей заряда и параметра /ш/Т характеризующего качество переключательной характеристики. Сравнительные данные для полевых транзисторов на основе разных материалов приведены в Таблице 2.

Таблица 2.

Сравнительные характеристики 2D-материалов для полевых транзисторов

Транзисторы Подвижность - 2 0-1 -1 носителей, см •В •c Ion/Ioff ШЗЗ, Эв

Кремниевый МОП транзистор 100 106 ~1

Транзистор на основе графена [1] 100 00 0 0

Транзистор на основе MoS2 [4] 200 108 1.79

Транзистор на основе WS2 [27] 214 107 1.54

Кроме того, полевые транзисторы с каналом из монослоя MoS 2

демонстрируют высокую стабильность электронных свойств при деформациях и

могут быть использованы в гибкой электронике, способны заменить элементы

дискретной логики на гибких дисплеях. В настоящее время для этих целей

используются структуры на основе аморфного кремния, при этом требуется

2 -1 -1

подвижность носителей заряда в канале на уровне не менее 10 см •В- •с- . В работе [28] авторы анонсировали тонкопленочный транзистор на основе одного молекулярного слоя MoS2, реализованный на подложке из гибкого полиимида, были достигнуты частоты порядка 5.6 ГГц, что составило значение в 3 раза более высокое, чем для образцов на основе a-IGZO (аморфный индий-галлий-цинк-оксид) на подложке из стекла [29].

Chang и др. сообщили [7] о полевых транзисторах MoS2 с высокоэффективными диэлектриками, изготовленными на гибких подложках (Рисунок 1.7). Кроме высокой подвижности носителей заряда, превышающей

2 11 7

30 см •В- •с- достигались соотношения токов включения/выключения = 10 , монослой MoS2 обладал высокой прозрачностью.

27 MoS2

Kapton

Рисунок 1.7. Иллюстрация транзистора на основе MoS2 на гибкой подложке

Наиболее часто используемые гибкие подложки включают полиметилметакрилат (PMMA), полиэтиленнафталат (PEN), полиэфирсульфон (PES) и полиимид (PI). Транзисторы, изготовленные из многослойного MoS2 на гибкой полиимидной основе (PI), имеют подвижность 141 см2В-1с-1 и соотношения токов включения / выключения = 5*105, допускают циклический изгиб с радиусами 10 и 5 мм [30]. Однако большая часть вышеперечисленных материалов подложек имеет температуры деструкции близкие к 300 °C, что ограничивает температуры процессов нанесения. А критичные температуры стеклования находятся в диапазоне от 150 до 300oC (Таблица 3), при которых подложка становится твёрдой, переходя в стеклообразное состояние [ 31].

Таблица 3.

Температуры стеклования некоторых полимеров

PMMA PEN PES PI

Температура стеклования (oC) 168 150 223 300

Таким образом, результаты рассмотрения работ по транзисторам, в которых используются ультратонкие пленки на основе МоБ2, с предельно малыми толщинами, вплоть до одного молекулярного слоя, показывают, что в зависимости от функционального назначения в конструкции таких устройств могут использоваться пленки МоБ2 толщиной менее 10 нм, обладающие кристаллической структурой. Ограничением для пленок, формируемых на подложках для гибкой электроники, также является использование низких температур процесса. В этой связи ключевым направлением исследований в

области перспективных двумерных материалов остается поиск и разработка методов и режимов воспроизводимого получения пленок MoS2 при невысоких (до 300°С) температурах процессов.

Солнечная энергетика на основе MoS2. Благодаря простому изготовлению, экологичности, низкой стоимости и высокой эффективности преобразования энергии, сенсибилизированные красителем солнечные батареи (ячейка гретцеля - ЯГ) рассматриваются как альтернатива обычным солнечным элементам на основе кремния, этому уделяется внимание [ 32]. В настоящее время ряд работ посвящен исследованию MoS2 в качестве нового материала для прозрачного проводящего электрода в солнечных элементах системы ЯГ.

В 2011 г. Wu и др. [33] на синтезированном гидротермальным способом MoS2 зафиксировали эффективность преобразования энергии на уровне 7.59 %. В работе [34] авторов Lin и др. был использован нанокомпозит MoS2/графен в качестве противоэлектрода в системе ЯГ и показана эффективность преобразования энергии на уровне 6.04 %, в сравнении с противоэлектродом на основе платины (6.38 %). Предполагается, что MoS2/Графен противоэлектрод имеет большой потенциал в качестве альтернативы платиновым в недорогих солнечных элементах на основе ячейки Гретцеля. В ряде работ сообщалось, что эффективность преобразования энергии в органических солнечных элементах с применением MoS2 находится на уровне 7...8 % [35].

В работе [36] продемонстрированы высококачественные однослойные солнечные элементы из MoS2 n-типа, полученные методом химического осаждения из паровой фазы при температуре 650°С на подложке p-Si (Рисунок 1.8) с достижением эффективности 5.23%.

Рисунок 1.8. Структура солнечного элемента на основе MoS2 и p-Si

Эффективность преобразования значительно увеличивается при достижении толщины пленки MoS2 в несколько молекулярных слоев. В работе [37] достигалась эффективность преобразования энергии солнечных элементов 8.3%, что выше, чем для электрода на основе Pt [33].

В 2020 г. S. Satha [38] сплошные тонкие пленки MoS2 тощиной 50 нм были нанесены на 6-дюймовые подложки p-Si с использованием метода термолиза. Была сформирована структура на основе смешанной аморфной и кристаллической фаз, позволившая получить солнечные элементы с током короткого замыкания 6.67 А и была достигнута эффективность 11.47%. Авторами использовались аморфные и кристаллические пленки MoS2 с толщинами от 1 - 50 нм.

Фототранзисторы на основе MoS2. Однослойные ДПМ имеют прямую ширину запрещенной зоны и, следовательно, высокий коэффициент поглощения. О первом оптоэлектронном устройстве на MoS2 сообщили Yin и др. [39]. Фототранзистор, изготовленный на однослойном MoS2, и показывал заметный фототок при падающем свете с длинами волн менее 670 нм или с энергией фотонов, превышающей ширину промежутка прямого перехода MoS2 (1.83 эВ). Устройство имело короткое время переключения ~ 50 мс и высокую светочувствительность ~ 1мА / Вт.

Существенное влияние на оптическую ШЗЗ оказывает толщина пленки MoS2, которая значительно увеличивается при достижении толщины монослоя. Lee и др. [40] получили устройства на моно, двух и трехслойных частичках MoS2 с верхним затвором ITO и подзатворным диэлектриком Al2O3 (на Рисунке.1.9) высокой чувствительностью на зеленом (550 нм) и ультрафиолетовом (365 нм) свете.

Рисунок 1.9. Иллюстрация монослойного MoS2 фототранзистора с высокочастотным диэлектриком затвора Al2Oз и верхним затвором ITO [40]

В 2012 году авторами [39] был представлен фототранзистор на основе

3

монослойного MoS2 с фоточувствительностью порядка 7.5*10 А/Вт при напряжении на затворе ~ 50 В, более высокой, чем в аналогичном устройстве на основе графена (1*10" А/Вт при напряжении на затворе 60 В). Авторы [41] представили образец фототранзистора на основе нескольких слоев Мо$2 с

3 3

фоточувствительность более 100*10" А/Вт против

7.5*10 А/Вт для варианта с

монослойным MoS2.

В 2013 году авторы [42] представили результаты исследований образца фототранзистора на основе монослойного Мо$2 с повышенной подвижностью носителей, и характеризовали этот материал, как ультрачувствительный -фоточувствительность до 880 А/Вт на длине волны 561 нм и существенный фотоотклик в диапазоне 400-680 нм.

В работе [43] впервые сообщается о применении аморфного MoS2 (a-MoS2), полученного методом магнетронного распыления. Аморфный MoS2 обладает высокой светочувствительностью и довольно широким спектральным диапазоном от 473 до 2712 нм. Устройства на аморфных пленках MoS2 показывают гораздо более высокую светочувствительность, чем на кристаллических [44].

Термоэлектрические устройства на основе MoS2. Благодаря относительно высокой электропроводности и относительно низкой теплопроводности пленки MoS2 подходят для преобразования тепла в электричество, т.е. для высокоэффективных термоэлектрических устройств [45, 46].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чжо Зин Пьо, 2021 год

Список использованных источников

1. Novoselov K. S., Geim A. K., Morozov S. V. Two dimensional gas of massless dirac fermions in graphene // Nature. 2005. № 438. P. 197-200.

2. Hilton M R., Fleischauer P. D. Application of solid lubricant films in spacecraft // Surface and coatings technology. 1994. № 54. P. 435-441.

3. Electric field effect in atomically thin carbon films / K. S. Novoselov [et al.] // Science. 2004. № 306. P. 666-669.

4. Single layer MoS2 transistors / В. Radisavljevic [et al.] // Nature nanotech. 2011. № 6. P.147-150.

5. Two dimensional material nanophotonics / X. Fengnian [et al.] // Nature photonics. 2014. № 8. P. 899-907.

6. An energy band model for dual gate voltage sweeping in hydrogenated amorphous silicon thin film transistors / G F. Chen [et al.] // IEEE transactions on electron devices. 2019. № 66(6). P. 2614-2619.

7. High performance highly bendable MoS2 transistors with high K dielectrics for flexible low power systems / H. Chang [et al.] // ACS Nano. 2013. № 7. P. 5446-5452.

8. Liu H., Ye P. D. MoS2 Dual gate MOSFET with atomic layer deposited Al2Û3 as top gate dielectric // IEEE electron device letters. 2012. № 33. P. 546-548.

9. Strong light matter interactions in heterostructures of atomically thin films / L. Britnell [et al.] // Science. 2013. № 340. P. 1311-1314.

10. Frindt R. F. Single crystals of MoS2 several molecular layers thick // Journal of applied physics. 1966. № 37(4). P. 1928-1929.

11. Atomically thin MoS2: A new direct gap semiconductor / K. F. Mak [et al.] // Physical review letters. 2010. № 105. P. 136805.

12. Robertson J. H. Physics and chemistry of materials with layered structures // Acta Crystallographica section B. 1979. № 35. P. 794.

13. Electronics and optoelectronics of two dimensional transition metal dichalcogenides / Q. H. Wang [et al.] // Nature nanotechnol. 2012. № 7. P. 699 -712.

14. The chemistry of two dimensional layered transition metal dichalcogenide nanosheets / M. Chhowalla [et al.] // Nature chemistry. 2013. № 5. P. 263-275.

15. Molybdenum disulfide as a co catalyst for photocatalytic degradation of organic contaminants: A review / M. H. Wu [et al.] // Process safety and environmental protection. 2018. № 118. P. 40-58.

16. Emerging photoluminescence in monolayer MoS2 / A. Splendiani [et al.] // Nano letters. 2010. № 10(4). P. 1271-1275.

17. Ganatra R., Zhang Q. Few layer MoS2 a promising layered semiconductor // ACS Nano. 2014. № 8. P. 4074.

18. High mobility ambipolar MoS2 field effect transistors substrate and dielectric effects / W. Bao [et al.] // Applied physics letters. 2013. № 102. P. 042104.

19 Yang R., Wang Z., Feng P. Electrical breakdown of multilayer MoS2 fieldeffect transistors with thickness dependent mobility // Nanoscale. 2014. № 6. P. 12383-12390.

20. Grains and grain boundaries in highly crystalline monolayer molybdenum disulphide / P. Y. Huang [et al.] // Nature materials. 2013. № 12. P. 554-561.

21. Growth structure and stability of sputter deposited MoS2 thin films / R. Kaindl [et al.] // Beilstein journal nanotechnology. 2017. № 8. P. 1115-1126.

22. Преснов Д. Е., Амитонов С. В., Крупенин В. А. Полевой транзистор с каналом нанопроводом на основе кремния на изоляторе // Микроэлектроника. 2012. № 41. С 364.

23. Band structure of MoS2, MoSe2, and A-MoTe2: Angle resolved photoelectron spectroscopy and Ab initio calculations / T. Boker [et.al.] // Physical review B. 2001. № 64. P. 235305.

24. Kaasbjerg K., Thygesen K. S., Jacobsen K. W. Phonon limited mobility in n-type single layer MoS2 from first principles // Physical review B. 2012. № 85. P. 115317.

25. Alam K., Lake R. Monolayer MoS2 transistors deyond the technology road map // IEEE Transactions on electron devices. 2012. № 59(12). P. 3250-3254.

26. High performance multilayer MoS2 transistors with scandium contacts / S. Das [et al.] // Nano letter. 2012. № 13. P. 100-105.

27. Deep ultraviolet light driven reversible doping of WS2 field effect transistors / M. W. Iqbal [et al.] // Nanoscale. 2015. № 7(2). P. 747-757.

28. High performance flexible graphene field effect transistors with ion gel gate dielectric / B. J. Kim [et al.] // Nano letters. 2010. № 10. P. 3464-3466.

29. Su L.Y, Huang J. Demonstration of radio frequency response of amorphous thin film transistors on the glass substrate // Solid state electronics. 2015. № 104. P. 122-125.

30. High performance flexible multilayer MoS2 transistors on solution based polyimide substrates / W. G Song [et al.] // Advanced functional materials. 2016. № 26(15). P. 2426-2434.

31. Plastic Substrates for Flexible Displays / Hisashi ITO [et al.] // Japanese Journal of Applied Physics.2006. № 45.P. 4325-4329.

32. A catalytic composite film of MoS2 graphene flake as a counter electrode for Pt free dye sensitized solar cells / G Yue [et al.] // Electrochimica Acta. 2012. № 85. P. 162-168.

33. Economical and effective sulfide catalysts for dye-sensitized solar cells as counter electrodes / M. Wu [et al.] // Physical chemistry chemical physics. 2011. № 13. P. 19298 -19301.

34. Facile synthesis of MoS2/graphene nanocomposite with high catalytic activity toward triiodide reduction in dye-sensitized solar cells / C. J. Lin [et al.] // Journal of materials chemistry. 1991. № 22. P. 21057-21064.

35. A solution processed hole extraction layer made from ultrathin MoS2 nanosheets for efficient organic solar cells / X. Gu [et al.] // Advanced energy materials. 2013. №3. P. 1262

36. Monolayer MoS2 heterojunction solar cells / M. L. Tsai [et al.] // ACS Nano. 2014. № 8(8). P. 8317-8322.

37 One step fabrication of large area ultrathin MoS2 nanofilms with high catalytic activity for photovoltaic devices / J. Liang [et al.] // Nanoscale. 2016. № 8. P. 1601716025.

38. Thermolytic deposition of MoS2 nanolayer for Si solar cell applications / S. Satha [et al.] // Physica status solidi A. 2020. P.1900993.

39. Single layer MoS2 phototransistors / Z. Yin [et.al.] // ACS Nano. 2012. № 6(1). P. 74-80.

40. MoS2 nanosheet phototransistors with thickness modulated optical energy gap / H. S. Lee [et al.] // Nano letters. 2012. № 12. P. 3695-3700.

41. High detectivity multilayer MoS2 phototransistors with spectral response from ultraviolet to infrared / W. Choi [et al.] // Advanced materials. 2012. № 24(43). P. 58325836.

42. Ultrasensitive photodetectors based on monolayer MoS2 / S. O. Lopez [et al.] // Nature nanotechnology. 2013. № 8. P. 497-501.

43. Amorphous MoS2 photodetector with ultra broadband response / Z. Huang [et al.] // ACS Applied electronic materials. 2019. № 1. P.1314-1321.

44. Highly efficient high speed vertical photodiodes based on few layer MoS2 / Z. Li [et al.] // 2D Mater. 2017. № 4. P. 015004.

45. Huang W., Da H., Liang G Thermoelectric performance of MX2 (M = Mo, W; X=S, Se) monolayers // Journal of applied physics. 2013. № 113. P. 104304.

46. Дмитриев А.В., Звягин И.П. Современные тенденции развития физики термоэлектрических материалов // Успехи физических наук. 2010. № 180. С.821-838.

47. Thermoelectric properties of n type molybdenum disulfide MoS2 thin film by using a simple measurement method / S. Ashraf [et al.] // Materials. 2019. №12.P. 3521.

48. Temperature dependent raman studies and thermal conductivity of few layer MoS2 / S. Sahoo [et al.] // The journal of physical chemistry C. 2013. № 117(17). P. 9042-9047.

49. Temperaturedependent thermal properties of supported MoS2 monolayers / A.Taube [et al.] // ACS Applied materials interfaces. 2015. № 7(9). P. 5061-5065.

50. Thermal conductivity of suspended few layer MoS2 nanoscale / A. Aiyiti [et al.] // Nanoscale. 2018. № 10. P. 2727.

51. Spin transport in molybdenum disulfide multilayer channel / S. H. Liang [et al.] Nature nano. 2015. № 10. P. 126.

52. Maurya J. B., Prajapati Y K., Tripathi R. Effect of molybdenum disulfide layer on surface plasmon resonance biosensor for the detection of bacteria // Silicon. 2018. № 10. P. 245-25

53. Two dimensional layered MoS2 biosensors enable highly sensitive detection of biomolecules / J. Lee [et al.] // Scientific reports. 2014. № 4. P.7352.

54. Design and numerical analysis of highly sensitive Au MoS2 graphene based hybrid surface plasmon resonance biosensor / M. S. Rahman [et al.] // Optics communications. 2017. № 396. P. 36-43.

55. Ultrabright room temperature sub nanosecond emission from single nitrogen vacancy centers coupled to nanopatch antennas / S. I. Bogdanov [et al.] // Nano letters. 2018. № 18(8). Р. 4837-4844.

56. Highly directional spaser array for the red wavelength region / X. Meng [et al.] // Laser and photonics reviews. 2014. № 8(6). P. 896-903.

57. The valley hall effect in MoS2 transistors / K. F. Mak [et al.] // Science. 2014. №344. P. 1489-1492.

58. Two dimensional atomic crystals / K. S. Novoselov [et al.] // Proceedings of the national academy of sciences. 2005. № 102(30). P. 10451-10453.

59. Optical identification of atomically thin dichalcogenide crystals / GA.Castellanos [et al.] // Applied physics letters. 2010. № 96. P. 213116.

60. Exfoliation and analysis of large area air sensitive two dimensional materials / J.P. Thompson [et al.] // Journal of visualized experiments. 2018. № 143. P. 58693.

61. Gacem K., Boukhicha M., Chen Z., Shukla A. High quality 2D crystals made by anodic bonding: a general technique for layered materials // Nanotechnology. 2012. №23. P. 505709.

62. Waferscale MoS2 thin layers prepared by MoO3 sulfurization / L. J. Li [et al.] // Nanoscale. 2012. № 4. P. 6637-6641.

63. Synthesis of large area MoS2 atomic layers with chemical vapor deposition / L. J. Li [et.al.] // Advanced materials. 2012. № 24. P. 2320-2325.

64. Unveiling the growth mechanism of MoS2 with chemical vapor deposition: From two dimensional planar nucleation to self seeding nucleation / D. Zhou [et al.] // Crystal growth and design. 2018. № 18(2). P. 1012-1019.

65. Process control of atomic layer deposition molybdenum oxide nucleation and sulfidation to large area MoS2 monolayers / B. D. Keller [et al.] // Chemistry of Materials. 2017. № 29(5). P. 2024-2032.

66. A novel 2 step ALD route to ultra thin MoS2 films on SiO2 through a surface organometallic intermediate / S. Cadot [et al.] // Nanoscale. 2017. № 9. P. 538-546.

67. Direct growth of continuous and uniform MoS2 film on SiO2/Si substrate catalyzed by sodium sulfate / G. Li [et al.] // Journal of physical chemistry letters. 2020. № 11(4). P. 1570-1577.

68. Layer controlled wafer scale, and conformal synthesis of tungsten disulfide nanosheets using atomic layer deposition / J. G. Song [et al.] // ACS Nano. 2013. № 7. P. 11333-11340.

69. Atomic layer deposition of a MoS2 film / L. K. Tan [et al.] // Nanoscale. 2014. №6. P. 10584-10588.

70. Formation of ultrathin MoS2 films using laser based methods / V. Y Fominski [et al.] // Journal of Physics: Conference series. 2019. № 1238. P. 012007.

71. Growth of centimeter scale atomically thin MoS2 films by pulsed laser deposition / G Siegel [et al.] // APL Mater. 2015. № 3. P. 056103.

72. Highly crystalline MoS2 thin films grown by pulsed laser deposition / C. R. Serrao [et.al.] // Appllied physics letters. 2015. № 106. P. 052101.

73. Pradhan G., Dey P. P., Sharma A. K. Anomalous kinetic roughening in growth of MoS2 films under pulsed laser deposition // RSC Advanced. 2019. № 9. P. 12895.

74. Spalvins T. Morphological and frictional behavior of sputtered MoS2 films // Thin solid films. 1982. № 96. P.17-24.

75. Regula M, Moser J.H., Levy F. Structural chemical and electrical characterisation of reactively sputtered WSx thin films // Thin solid films. 1996. № 280. P. 67-75.

76. Buck V. A neglected parameter water contamination in sputtering of MoS2 films // Thin solid films. 1986. № 139. P. 157-168.

77. Grigoriev S. N., Fominski V. Y., Gnedovets A. G, Romanov R. I. Experimental and numerical study of the chemical composition of WSex thin films obtained by pulsed laser deposition in vacuum and in a buffer gas atmosphere // Applied surface science. 2012. № 258(18). P. 7000-7007.

78. Lee W.Y., More K.L. Crystal orientation and near interface structure of chemical-lly vapor deposited MoS2 films // Journal of materials research. 1995. № 10. P. 49-53.

79. Mcdevitt N. T., Zabinski J. S., Donley M. S. The use of Raman scattering to study disorder in pulsed laser deposited MoS2 films // Thin solid films. 1994. № 240. P. 76-81.

80. Weib V., Seeger S., Ellmer K. Reactive magnetron sputtering of tungsten disulfide WS2-x films: influence of deposition parameters on texture, microstructure, and stoichiometry // Journal of applied physics. 2007. № 101. P 103502.

81. Preparation and characterization of WSe2 nano films by magnetron sputtering and vacuum selenization / Y Zhang [et al.] // Nanotechnology. 2018. № 29(27). P. 275201.

82. Growth of wafer scale MoS2 monolayer by magnetron sputtering / J. Tao [et al.] // Nanoscale. 2015. № 7. P. 2497-2503.

83. Тумаркин А.В., Серенков И. Т., Сахаров В.И. Исследование начальных стадий роста сегнетоэлектрических пленок титаната бария стронция методом рассея-ния ионов средних энергий // Физика твердого тела. 2010. Том 52. С. 2397- 2340.

84. Кулинич C. A. Влияние температуры подложки и скорости осаждения на начальный рост пленок ниобата танталата лития, полученных методом термальной плазмы // Физика твердого тела. 2006. Том 48. С. 850-856.

85. Палатник Л. С., Фукс М. Я., Косевич В. М. Механизм образования и субструктура конденсированных пленок. М.: Наука, 1972. 320 с.

86. Майссела Л., Глэнга Р. Технология тонких пленок: Справочник в 2-х томах // Сов. Радио. 1977. Том 2. C. 664-770.

87. Venables J. A., Spiller G D. T., Hanbucken M. Nucleation and growth of thin films // Reports on progress in physics. 1984. № 47. P. 399-459.

88. Rafael Tadmor. Line energy and the relation between advancing, receding, and young contact angles // Langmuir. 2004. № 20. P. 7659-7664.

89. Современная кристаллография / Х. С. Багдасаров [и др.] // Образование кристаллов. 1980. Том 3. C. 7.

90. Kashchiev D. J. Growth kinetics of dislocation free interfaces and growth mode of thin films // Journal of crystal nrowth. 1977. № 40. P. 29-46.

91. Nieminen J. A., Kaski K. Rate equation study of nucleation and growth of thin films II multilayer growth // Physic review A. 1989. № 40. P. 2096.

92. Reactive magnetron sputtering of molybdenum sulfide thin films: In situ synchrotron x-ray diffraction and transmission electron microscopy study / V. Weiss [et al.] // Journal of Applied Physics. 2004. № 95(12). P. 7665.

93. Weib V., Seeger S., Ellmer R., Mientu R. Reactive magnetron sputtering of tungsten disulfide (WS2-x) films: Influence of deposition parameters on texture microstructure and stoichiometry // Journal of Applied Physics. 2007. №101. P. 103502.

94. Muratore C., Voevodin A. A. Control of molybdenum disulfide basal plane orientation during coating growth in pulsed magnetron sputtering discharges // Thin Solid Films, 2009. № 517. P. 5605-5610.

95. Layer transferred MoS2/GaN PN diodes / M. R. Laskar [et al.] // Applied Physics Letters. 2013. № 102. P. 252108.

96. Controlled scalable synthesis of uniform high quality monolayer and few layer MoS2 films / Y. Yu // Scientific reports. 2013. №. 3. P. 1866.

97. Stoyanov S., Markov I. On the 2D-3D transition in epitaxial thin film growth // Surface Science. 1982. № 116. P. 313-317.

98. Khor K. E., Sarma S. D. Quantum dot self assembly in growth of strained layer thin films: A kinetic Monte Carlo study // Physical review B. 2000. № 62. P. 6657.

99. Prieto J. E., Markov I. Stranski Krastanov mechanism of growth and the effect of misfit sign on quantum dots nucleation // Surface science. 2017. № 664. P. 172-184.

100. Effect of interface on mid infrared photothermal response of MoS2 thin film grown by pulsed laser deposition / A. Goswam [et al.] // Nano research. 2017. № 10. P. 3571-3584.

101. Nozhenkov M V. The ultra low friction of layer structures // Mechanical engineering research. 2013. № 3(2). P. 73-89.

102. Ноженков М В. Структура и свойства композиционных ионно-плазменных покрытий // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2013. Том 6. С. 3-12.

103. Spalvins T. Structure of sputtered molybdenum disulfide films at various substrate temperatures // ASLE Transactions. 1974. № 17. P. 1-7.

104. Spalvins T. Tribological properties of sputtered MoS2 films in relation to film morphology // Thin solid films. 1980. № 73. P. 291- 297.

105. Reactive magnetron sputtering of molybdenum sulfide thin films: In situ synchrotron xray diffraction and transmission electron microscopy study / V. Weiss [et al.] // Journal of applied physics. 2004. № 95. P. 7665.

106. Ellmer K., Stock C., Sieber I. Deposition of oriented tungsten disulfide WS2 films by reactive DC magnetron sputtering from a W target in Ar H2S // Journal of crystal growth. 1997. № 182. P. 389-393.

107. Genut M., Margulis L., Tenne R., Hodes G. Effect of substrate on growth of WS2 thin films // Thin solid films. 1992. № 219. P. 30-36.

108. Moser J., Levy F. Crystal reorientation and wear mechanisms in MoS2 lubricating thin films investigated by TEM // Journal of materials research. 1993. № 8. P. 206-213.

109. Reactive magnetron sputtering of molybdenum sulfide thin films: In situ synchrotron x ray diffraction and transmission electron microscopy study / V. Weiss [et al.] // Journal of applied physics. 2004. № 95. P. 7665.

110. Large area vapor phase growth and characterization of MoS2 atomic layers on a SiO2 substrate / Y. Zhan [et al.] // Small. 2012. № 8. P. 966-971.

111. Growth characteristics of MoS2 coatings prepared by unbalanced bipolar DC magnetron sputtering / J. Wang [et al.] // Transactions of nonferrous metals society of china. 2007. № 15. P. 1214 - 1218.

112. Highly textured films of layered metal disulfide 2H-WS2 / A. Matthaus [et al.] // Journal of the electrochemical society. 1997. № 144. P. 1013-1019.

113. Моряков О. С. Элионная обработка // Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники. М.: Высшая школа, 1990. Книга 7. 128 с

114. Chan K.Y, Teo B. S. Investigation into the influence of direct current power in the magnetron sputtering process on the copper crystallite size // Microelectron journal. 2007. № 38. P. 60-62.

115. Electronic structure of Ar ion sputtered thin film MoS2: A XPS and IPES study / A. Santoni [et al.] // Applied surface science. 2017. № 392. P. 795-800.

116. Min Y Y, Sang J. K., Eou S. C. Direct formation of two dimensional molybdenum disulfide thin films by RF sputtering and rapid thermal annealing on sapphire substrate // Journal of semiconductor technology and science. 2018. № 18. P. 153-159.

117. Локтев Д., Ямашкин Е. Методы и оборудование для нанесения износостойких покрытий // Наноиндустрия. 2007. №4. С. 18 - 24.

118. In situ growth of double layer MoO3/MoS2 film from MoS2 for hole transport layers in organic solar cell / P. Qin [et al.] // Journal of Materials Chemistry A. 2014. №2. P. 2742-2756.

119. Rumaner L.E., Tazawa T., Ohuchi F. S. Compositional change of (0001) WS2 surfaces induced by ion beam bombardment with energies between 100 and 1500 eV // Journal of vacuum science and technology A. 1994. № 12. P. 2451.

120. Epitaxial growth of two dimensional layered transition metal dichalcogenides / T.H. Choudhury [et al.] // Annual review of materials research. 2020. № 50. P. 155-177.

121. Protecting the properties of monolayer MoS2 on silicon based substrates with an atomically thin buffer / K. M Dani [et al.] // Scientific reports. 2016. № 6. P. 1-9.

122. Epitaxial growth of rectangle shape MoS2 with highly aligned orientation on twofold symmetry a-plane sapphire / Z. Ma [et al.] // Small. 2020. № 16. P. 2000596.

123. Bertrand P.A. Orientation of rf-sputter-deposited MoS2 films // Journal of Materials Research. 1989. № 4(1). P. 180-184.

124. Pristine basal and edge plane oriented molybdenite MoS2 exhibiting highly anisotropic properties / S. M.Tan [et al.] // Chemistry A european journal. 2015. № 21. P. 7170-7178.

125. Surface energy engineering for tunable wettability through controlled synthesis of MoS2 / A. P. S. Gaur [et al.] // Nano letters. 2014. № 14. P. 4314-4321.

126. Direct TEM observations of growth mechanisms of two dimensional MoS2 flakes / L. Fei [et al.] // Nature communications. 2016. № 7. P. 12206.

127. Толстихина А.Л. Атомно силовая микроскопия кристаллов и пленок со сложной морфологией поверхности: диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. Москва. 2013. 333 с

128. Кондратьева Ю. А. Формирования водородных пузырей при плазменной и термической обработке кремния // ФКС материалы конференции. 2018. С. 44-45.

129. Tauc J., Grigorovici R., Vancu A. Optical properties and electronic structure of amorphous germanium // Physical Status Solidi. 1966. № 15. P. 627-637.

130. Davis E. A., Mott N. F. Conduction in non crystalline systems V conductivity optical absorption and photoconductivity in amorphous semiconductors // Philosophical magazine. 1970. № 22. P. 0903-0922.

131. Mott N. F., Davis E. A. Electronic processes in non crystalline materials. Oxford classic texts in the physical sciences. 2nd Edition. 2012.

132. Kubelka P., Munk F. A. Contribution to the optics of pigments // Z Technol physics. 1931. № 12. P. 593-599.