Оптические методы диагностики монослоев твердых растворов Mo1-xWxS2(1-y)Se2y и фототранзисторов на их основе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Шестакова Анастасия Павловна

• Шестакова Анастасия Павловна
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Шестакова Анастасия Павловна

1.2. Кристаллическая структура ДПМ

1.3. Методы получения моноатомных слоев ДПМ

1.4. Оптические свойства твёрдых растворов дихалькогенидов переходных металлов

1.5. Применение дихалькогенидов переходных металлов в устройствах электроники

1.6. Применение твёрдых растворов дихалькогенидов переходных металлов в устройствах электроники

1.7. Проблема контактных сопротивлений при создании транзисторов на основе дихалькогенидов переходных металлов

1.8. Выводы по главе

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ДИХАЛЬКОГЕНИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

2.1. Оптическая микроскопия

2.2. Электронная микроскопия

2.3. Нелинейно-оптическая микроскопия

2.4. Фотолюминесцентная микроскопия-спектроскопия

2.5. Атомно-силовая микроскопия

2.6. Спектроскопия временного разрешения

2.7. Спектроскопия фототока

2.8. Выводы по главе

ГЛАВА 3. ПОЛУЧЕНИЕ И ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ТВЁРДЫХ РАСТВОРОВ ДИХАЛЬКОГЕНИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

3.1. Получение монослоев твёрдых растворов ДПМ

3.2. Оптические свойства монослойных твёрдых растворов ДПМ

3.3. Определение элементного состава твёрдых растворов дихалькогенидов переходных металлов по оптическим характеристикам

3.4. Выводы по главе

ГЛАВА 4. УСТРОЙСТВА ФОТОТРАНЗИСТОРОВ НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ДИХАЛЬКОГЕНИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

4.1. Создание фототранзисторов на основе монослойных твёрдых растворов Мо1^х82(1-у)8е2у

4.2. Экспериментальные исследования подвижности носителей заряда в фототранзисторах на основе ДПМ

4.3. Расчет контактных сопротивлений в фототранзисторах

4.4. Стабильность фототранзисторов на основе ДПМ в условиях атмосферы

4.5. Фотовольтаические эффекты в монослоях дихалькогенидов переходных металлов

4.6. Расчет фототока в фототранзисторах на основе монослоёв твёрдых растворов Мо1^х82(1-у)8е2у

4.7. Экспериментальные исследования спектроскопии фототока в фототранзисторах на основе монослоёв твёрдых растворов Mol-xWxS2(l-y)Se2y

4.8. Рекомендации к созданию эффективных фототранзисторов на основе твёрдых растворов ДПМ

4.9. Выводы по главе

3

Заключение

Список публикаций с основными результатами диссертации

Список цитируемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию оптических свойств двумерных твёрдых растворов дихалькогенидов переходных металлов (ДПМ) и разработке фототранзисторов на их основе. Особое внимание уделено исследованию влияния стехиометрических коэффициентов в твердых растворах ДПМ на характеристики разрабатываемых устройств, в том числе на спектральные особенности фототока. Полученные результаты позволили создать экспериментальные образцы фототранзисторов на основе двумерных твёрдых растворов ДПМ с улучшенными спектральными характеристиками.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптические методы диагностики монослоев твердых растворов Mo1-xWxS2(1-y)Se2y и фототранзисторов на их основе»

Актуальность

В 2004 году был открыт графен, представляющий собой двумерный дираковский металл. Позднее были обнаружены другие графеноподобные материалы, в том числе двумерные полупроводники - монослои дихалькогенидов переходных металлов (ДПМ) [1]. Эти материалы имеют структурную формулу МХ2, где М - металл (Л, Мо, W и др.), а Х - халькоген Se и др.). В отличие от графена с нулевой запрещенной зоной монослои ДПМ обладают запрещенной зоной шириной 1-2 эВ, которая может перестраиваться различными способами: легированием, изменением химического состава, созданием твердых растворов и гетероструктур, а также созданием механических напряжений [2].

Двумерные (монослойные) ДПМ могут быть получены из объемных материалов двумя способами: методом микромеханической эксфолиации или с помощью методики химического осаждения из газовой фазы. По состоянию на сегодняшний день качество кристаллитов монослойных ДПМ, полученных методом механической эксфолиации, остается более высоким. Ведется активное исследование свойств ДПМ, в том числе, их твёрдых растворов [3]. На основе монослоёв, полученных эксфолиацией, создан ряд устройств:

транзисторы [4,5], фотосенсоры [6], газовые датчики [7], фотовольтаические солнечные элементы [8], светодиоды [9].

За счёт своей механической прочности при монослойной толщине ДПМ являются главными кандидатами в создании гибких и носимых устройств. Использование монослойных толщин ДПМ позволяет также создавать прозрачные устройства электроники.

Характеристики устройств, изготовленных из ДПМ различного состава в значительной степени различаются. Поэтому использование твердых растворов с различными стехиометрическими коэффициентами позволит создавать устройства с градиентом характеристик, расширяя, таким образом их функциональные возможности. Использование материалов ДПМ с различными стехиометрическими коэффициентами позволяет расширить спектр характеристик готовых устройств: спектральный диапазон работы, квантовую эффективность и др.

Традиционные методы анализа материалов (рентгеноструктурный анализ, электронография) не обладают достаточной чувствительностью в случае моноатомных и мономолекулярных слоёв, а также способны разрушать тонкий материал. Для исследования двумерных материалов необходимо применять другие недеструктивные методики, имеющие пространственное разрешение в направлении нормали к поверхности меньше/порядка 1 нм [10], такие как атомно-силовая микроскопия, конфокальная оптическая микроскопия, люминесцентная микроскопия.

В связи с этим развитие оптических и структурных методов исследования, позволяющих комплексно охарактеризовывать твёрдые растворы ДПМ, определять их пригодность и эффективность для создания фототранзисторов, определять корреляцию между стехиометрическими коэффициентами и электрофизическими свойствами устройств, является актуальной физической задачей.

Цель работы - исследование оптических характеристик твёрдых растворов дихалькогенидов переходных металлов, создание и тестирование устройств на их основе.

Согласно этой цели, были сформированы следующие конкретные задачи:

• Комплексное исследование свойств твердых растворов дихалькогенидов переходных металлов Mol-xWxS2(l-y)Se2у в зависимости от стехиометрических коэффициентов материала.

• Создание фототранзисторов на основе твердых растворов Mol-xWxS2(l-y)Se2у, включающих в себя отработку получения моноатомных слоев и разработку архитектуры создаваемых устройств; экспериментальное исследование электрофизических характеристик созданных устройств.

• Анализ влияния стехиометрических коэффициентов твёрдых растворов ДПМ на электрофизические свойства созданных фототранзисторов.

• Сравнительный анализ электрофизических параметров созданных устройств с фототранзисторами на базе двухкомпонентных монослоев ДПМ и подготовка рекомендаций к созданию эффективных фототранзисторов на основе твёрдых растворов ДПМ.

Методы исследования, достоверность и обоснованность

При исследовании нелинейно-оптических и люминесцентных свойств двумерных дихалькогенидов переходных металлов были использованы методики нелинейно-оптической и люминесцентной конфокальной микроскопии. Для определения стехиометрических коэффициентов в твёрдых растворах дихалькогенидов переходных металлов использовался метод энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Для определения геометрических параметров двумерных дихалькогенидов переходных

металлов, включая толщину и количество слоев, применялись стандартные методики оптической, атомно-силовой и электронной микроскопии. Для получения монослойных образцов ДПМ использовался метод механической эксфолиации из объемных образцов, изготовленных в Институте прикладной физики Академии наук Молдовы. Электроды фототранзисторов изготавливались по предложенной в настоящей работе методике электронно-лучевой литографии в Научно-производственном предприятии «Пульсар». Электрооптические и электрофизические параметры фототранзисторов измерялись с использованием стандартного двухзондового метода получения вольт-амперных характеристик и методикой спектроскопии фототока.

Обоснованность методов, используемых для конкретных теоретических и экспериментальных исследований, подтверждается большим количеством российских и зарубежных литературных источников, описывающих применение аналогичных методик для решения близких задач в других материалах.

Обоснованность и достоверность результатов обеспечивается: использованием современных методик экспериментальных исследований, комплексной характеризацией исследуемых образцов, воспроизводимостью полученных результатов, сопоставлением результатов измерений и вычислений с литературными данными, с характеристиками аналогичных созданных устройств в мире, интерпретаций полученных результатов на основе современных физических моделей. Результаты проведенных исследований были представлены на международных конференциях и опубликованы в российских и международных рецензируемых журналах, в том числе входящих в базы данных Web of Science и Scopus; соответствующие публикации имеют положительное цитирование.

Апробация работы

Результаты работы прошли апробацию на следующих международных конференциях: Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (INTERMATIC), 2015, Россия; Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов» 2016, 2017, Россия; Международная молодежная конференция (ФизикА.СПб), 2015, Россия; Международная конференция по физике материалов и физике конденсированного состояния (MSCMP) 2016, 2018, Молдова; Международный симпозиум «Прогресс в исследованиях электромагнетизма» (PIERS), 2017, Россия; Международная конференция по физике взаимодействия света с веществом (PLMCN) 2017, Германия; Международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника» 2016, 2017, Россия; Международный симпозиум «Сообщество материаловедения», 2018, США.

Научная новизна

1. Методом микромеханической эксфолиации из объемных кристаллов получены двумерные моноатомные слои твердых растворов Mo1-xWxS2(1-y)Se2y с заданными стехиометрическими коэффициентами.

2. Разработана комплексная методика оптической диагностики твердых растворов дихалькогенидов переходных металлов, которая позволяет с высокой точностью идентифицировать и охарактеризовать пригодные для создания фототранзисторов моноатомные слои. С помощью комплексной методики показано влияние стехиометрических коэффициентов Mo1-xWxS2(1-y)Se2y на оптические свойства монослоев.

3. Создан ряд полевых транзисторов на основе монослойных Mo1-xWxS2(1-y)Se2y, рассчитаны значения подвижности носителей заряда в устройствах с учетом контактного сопротивления электродов.

4. Показано, что транзисторы на основе монослойных Mol-xWxS2(l-y)Se2y, работающие в режиме фототранзисторов, обладают высокой эффективностью генерации фототока при приложении малого напряжения.

5. Получены экспериментальные данные и расчеты спектральной фоточувствительности созданных фототранзисторов. Обосновано влияние стехиометрических коэффициентов в дихалькогенидах переходных металлов Mol-xWxS2(l-y)Se2y на электрофизические свойства созданных фототранзисторов.

Практическая значимость

Практическая значимость работы состоит в расширении применяемых неразрушающих оптических методик для диагностики монослоев дихалькогенидов переходных металлов, использующихся в качестве перспективных материалов для устройств фототранзисторов. Разработаны физические принципы создания фототранзисторов, где в качестве функциональных элементов используются монослои твёрдых растворов дихалькогенидов переходных металлов Mol-xWxS2(l-y)Se2y, обладающие заданными физическими свойствами, что расширяет функциональные возможности таких устройств.

Внедрение результатов работ и рекомендации по их использованию

Результаты работы были использованы при выполнении проектов Российского научного фонда «Дефекты в двумерных полупроводниках» (2014-2016), РФФИ «Инженерия экситонных состояний в двумерных полупроводниках» (2018-2020), РФФИ «Взаимодействие фемтосекундного лазерного излучения с интерметаллическими и полупроводниковыми наноструктурами» (2018-2019).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанная комплексная методика выборки монослоев, основанная на измерении оптических и структурных характеристик дихалькогенидов переходных металлов, позволяет отобрать микрокристаллиты, монослойные по толщине, обладающие заданным составом, бездефектные по структуре и имеющие латеральные размеры, достаточные для нанесения электродов, и является необходимой и достаточной для оценки пригодности микрокристаллитов твёрдых растворов Mol-xWxS2(l-y)Se2y для создания фототранзисторов.

2. В экспериментальных образцах полевых транзисторов на основе твердых растворов Mol-xWxS2(l-y)Se2y максимальная подвижность носителей

2

см2

заряда составляет 8-11 — с учетом контактных сопротивлений, равных

В*с

R=350-420 кОм. Эффективная подвижность носителей заряда для созданных

2

см2

транзисторов, согласно прямым измерениям, составляет 4-5 —.

В*с

3. С помощью разработанной методики расчета спектрального поглощения ДПМ с химической формулой МХ2 в новом классе материалов, твёрдых растворах Mol-xWxS2(l-y)Se2y, выявлены закономерности влияния стехиометрических коэффициентов в этих материалах на их спектральные свойства. Увеличение количества серы в материале сдвигает пики фотолюминесценции монослоя в инфракрасную область.

4. В созданных экспериментальных образцах фототранзисторов на основе твердых растворов Mo0.45W0.55Se1.5S05 и Mo0.5W0.5Se0.84S1.16 особенности экситонных возбуждений и межзонных переходов определяют положения пиков оптической фоточувствительности, 1,815 эВ и 1,73 эВ, соответственно.

Личный вклад автора: отработка методик и получение монослойных образцов ДПМ с помощью микромеханической эксфолиации, результаты по исследованию образцов оптическими методами, по спектроскопии фототока,

а также поиск оптимальных параметров для создания фототранзисторов были осуществлены автором лично.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 статьях в рецензируемых российских и международных научных журналах, входящих в список ВАК РФ, а также в международные базы цитирования Web of Science и Scopus.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников, включающего 159 наименований. Объем диссертации составляет 144 страницы текста, включая 74 иллюстрации и 10 таблиц.

ГЛАВА 1. ДИХАЛЬКОГЕНИДЫ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ КАК МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ УСТРОЙСТВ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

1.1. Двумерные материалы для устройств электроники

С момента открытия в 2004 году двумерные материалы продолжают демонстрировать научные и промышленные перспективы использования.

Существует широкий спектр материалов, в которых атомные слои связаны между собой слабыми силами Ван-дер-Ваальса и легко могут быть разделены на отдельные слои при помощи методик, применяемых для получения графена (микромеханическая эксфолиация). Двумерные слои имеют четко заданную кристаллическую структуру в плоскости слоя, а оборванные (ковалентные) связи присутствуют только на границах кристаллитов.

Материалы из семейства графеноподобных двумерных материалов могут быть полупроводниками (MoS2, WS2, WSe2, CrS2), сверхпроводниками (NbSe2), металлами (VO2, VS2), диэлектриками (гексагональный ВЫ) и полуметаллами (CrO2, CrS2) (рисунок 1).

Основным направлением исследований в области таких материалов стали двумерные полупроводники в силу наибольших возможностей их применения. Электронные свойства таких материалов можно перестраивать путем изменения размерности, легирования, деформации, еще более расширяя области применений.

Рисунок 1. Семейство двумерных графеноподобных материалов [11].

Уникальная особенность материалов - Ван-дер-Ваальсовое взаимодействие между слоями. Такая особенность, а также малое рассогласование постоянных решеток разных материалов ДПМ позволяют комбинировать отдельные слои в мультислои и сверхрешетки, что дает возможность управлять их физическими свойствами.

Двумерные материалы могут сыграть существенную роль в решении проблем эффективности энергетики, квантовых вычислений, хранения информации за счет снижения энергии потребления. Ключевыми технологическими направлениями, в которых применяются двумерные материалы, являются нано- и оптоэлектроника, интегрируемая гибкая и носимая электроника [12]. Слоистые материалы используются при создании транзисторов [13], детекторов [14], диодов, гибких сенсоров и других устройств.

Таким образом, слоистые двумерные материалы представляют собой новое направление для научных исследований и разработки устройств атомно-тонкого размера.

1.2. Кристаллическая структура ДПМ

Дихалькогениды переходных металлов (ДПМ) - класс

графеноподобных полупроводниковых слоистых материалов. Элементарная

14

ячейка ДПМ состоит из атома металла, окруженного двумя атомами халькогена (рисунок 2 (а)) [15]. На рисунке 2 (б) представлена модель расположения атомов в монослое полупроводника ДПМ на примере MoS2.

Рисунок 2. Расположение атомов в решетке MoS2: элементарная ячейка

(а), монослой (б) [16].

Другие ДПМ с химической формулой МХ2 имеют аналогичные MoS2 расположения атомов в материале: они образуют гексагональную двумерную решетку. До открытия двумерных структур была исследована симметрия объемных материалов ДПМ - D6h. Затем было показано, что структуры с четным количеством слоев принадлежат к симметрии Dзd, а с нечетным D6h

[17].

Наиболее изученными ДПМ сейчас являются соединения MoS2, WS2, MoSe2, WSe2. В последнее время активно исследуются многокомпонентные материалы - твёрдые растворы ДПМ.

Твёрдые растворы дихалькогенидов переходных металлов являются твёрдыми растворами замещения, содержащими в себе 3 и более химических элементов. Стехиометрические коэффициенты обозначают число входящих в состав веществ.

Атомы различных элементов металла и халькогена расположены в единой кристаллической решетке. Примерами твердых растворов ДПМ являются соединения MoS2xSe2(l-x), MoxWl-xS2, MoxWl-xSe2 (трехкомпонентные) и Mol-xWxSl-ySey (четырехкомпонентные). На рисунке 3

представлена схема расположения атомов в решетке трёхкомпонентного материала MoxWl-xS2.

(а)

(Ь)

(с)

I

Мо82

Мо82(|-х)Те2х

:«<<■«• 'ЛШИ- УМШ>

и Мо ^ Б и Бе © Те

Рисунок 3. Схема расположения атомов в MoS2 (а), твердых растворах

На рисунке 3 (а) представлена стандартная конфигурация атомов для MoS2. На рисунке 3 (б) видно, что к атомам S и Mo добавляются атомы Se, и образуется твердый раствор замещения. Атомы Se замещают часть атомов S в кристаллической решетке, при этом количество атомов Mo остается неизменным. Для случая (в) происходит замещение атомов S атомами Te , и в твердом растворе меняются стехиометрические коэффициенты [18].

Отличительной особенностью ДПМ является возможность компоновки слоев и создание гетероструктур без подбора постоянных решеток. Благодаря тому, что несоответствие постоянных решеток двух моноатомных материалов в предельном случае составляет 3,8%, возникновение механических напряжений между слоями незначительное. Для наиболее распространенных материалов дихалькогенидов переходных металлов ДПМ постоянные кристаллических решеток имеют следующие значения: для MoS2 <2=3.16 А, для WS2 <=3.30 А, для MoSe2 <=3.16 А, для WSe2 <=3.28 А [19-21].

Гетероструктуры ДПМ состоят из двух поочередно нанесенных (эксфолиированных) на подложку слоев, например, слоя WSe2, а затем слоя MoS2 [22]. Гетероструктуры в фототранзисторах позволяют улучшить

MoS2xSe2(l-x) (б), и MoS2(l-x) Te2x (в) [18].

подвижность носителей заряда за счёт создания двумерного электронного газа.

На рисунке 4 изображена Ван-дер-Ваальсова гетероструктура WSe2/MoS2 [23].

Рисунок 4. Зонная структура гетероструктуры WSe2/MoS2 с межслойными и внутрислойными экситонами. Красным обозначены

дырки, синим электроны (а), схематическое изображение гетероструктуры, покрытой h-BN и имеющей верхний затвор (б) [23].

На рисунке 4 схематически представлены зонные структуры двух материалов, а также область перекрытия этих зон и расположение экситонов. Также представлена схема гетероструктуры. Гетероструктура, покрытая слоем нитрида бора, имеет электрически управляемые транзисторные характеристики при комнатной температуре. Из-за разницы ширин запрещённых зон двух материалов ДПМ, между слоями возникают межслойные и внутрислойные экситоны (рисунок 4). Меняя расстояние между слоями, стало возможным «включать» и «выключать» межслойные экситоны.

1.3. Методы получения моноатомных слоев ДПМ

Микромеханическая эксфолиация

Метод микромеханической эксфолиации - получение монослоев ДПМ из объемных слоистых кристаллов толщиной 0,7 нм-1 нм, что эквивалентно размеру молекулярной единицы MX2 в слое. Метод эксфолиации заключается в переносе объемного материала на слой липкой ленты, последовательного

17

прикладывания двух липких концов ленты с кристаллом друг к другу для уменьшения толщины материала. После многократного повтора действий с липкой лентой на ней образуются наноразмерные слои (1-100 нм). Затем лента прикладывается на подложку Si/SiO2. За счёт взаимодействия Ван-дер-Ваальса монослои остаются на подложке.

Монослои ДПМ, которые имеют толщину 0,7-1 нм, являются прозрачными и поэтому не могут быть визуализированы на некоторых подложках, например, на слюде [24]. Обычно для исследований используют монослои на подложках Si/SiO2 за счет высокой адгезии между ними и высокого контраста при визуализации, который достигается за счет многолучевой интерференции в оксиде кремния. Экспериментально показана и теоретически рассчитана визуализация монослоя MoS2 на подложке Si/SiO2 в зависимости от толщины оксида (рисунок 5). Минимум контрастности, при котором монослои не будут визуализироваться, имеет толщины оксидов 120 нм и 410 нм. Лучше всего видны монослои на оксиде SiO2 толщиной 280 нм и 540 нм [25].

Зависимость коэффициента отражения света от толщины кремниевого оксида SiO2 [25].

В результате микромеханической эксфолиации на кремниевой подложке образуются слои ДПМ с различной толщиной от 0,7 нм до 100 нм. Для дальнейшего использования моноатомных слоев, например, для изготовления фототранзисторов, необходимо вначале локализовать и отобрать монослойные кристаллиты на подложке с помощью оптических методик, поскольку кристаллиты могут иметь разные формы и размеры. Единственным недостатком микромеханической эксфолиации является невозможность использования методики для массового производства компонентов электроники.

Тем не менее, эксфолиация на сегодняшний день является самым простым способом получения монослойных кристаллитов ДПМ с высокой степенью однородности кристаллической решетки слоев ДПМ. Монослои, полученные этим методом, пригодны для изготовления фототранзисторов [26][27], фотогальванических элементов [28,29] и газочувствительных датчиков [7,30].

Химическое осаждение из газовой фазы (ХОГФ)

Химическое осаждение из газовой фазы - метод, позволяющий получить тонкие моноатомные слои дихалькогенидов переходных металлов непосредственно на подложках.

Для получения монокристаллов, например, MoS2 с помощью ХОГФ используются ленты М0О3, которые синтезируются в результате нагрева из растворенного в азотной кислоте молибдата натрия. Размер выращенных нанолент на специальных подложках может достигать 20 мкм в длину, 1 -2 мкм в ширину, в толщину 10-40 нм.

Подложки с лентами на поверхности вместе с чистыми кремниевыми подложками, предназначенными для роста MoS2, помещают близко друг к другу в центре вентилируемой печи с инертным газом. Газ непрерывно проходит через камеру. В отверстие печи помещается контейнер с несколькими граммами сублимированной серы. Центр печи постепенно

нагревают до температур 500°С. Когда сера медленно начинает испаряться, камеру нагревают до 850°. Последующая химическая реакция между MoOз и Б^ включает в себя переход к образованию MoOз-x и формирование оксисульфидов. В подходящем температурном диапазоне (200-400 °С) и с учетом времени, достаточного для реакции, происходит образование MoS2 (рисунок 6).

(игпасе в»г>> Яыьогаь*

Рисунок 6. Сканирующая электронная микроскопия MoOз лент (а). Масштабная линейка составляет 4 мкм. (б) MoOз диспергируют на подложку SiO2/Si и помещают в центре печи рядом с чистыми подложками, предназначенными для роста. (в) Схема ХОГФ. Реакция в паровой фазе между MoOз-x и серой, осаждение MoS2 на указанной

подложке [31].

В результате сульфидирования образуются треугольные MoS2 домены, затем происходит рост сплошных пленок [31].

В процессе роста пленки могут приобретать сплошную или островковую структуру. Отдельные элементы структуры на примере МоБ2, показаны на рисунке 7 [32].

Рисунок 7. Оптическое изображение слоев МоБ2 на подложке SiO2, выращенных с помощью ХОГФ: при 850 °С (а), 800 °С (б), 750 °С (в), увеличение 50х оптических изображений (показанных на (а-в)) (г-е)

[32].

При недостаточном давлении островки кристаллизации не развиваются, а проявляются как точки на поверхности подложки. При избыточном давлении треугольники сливаются в сплошную пленку, а затем начинает расти новый слой, т.е. структура утолщается и не остается монослойной.

Преимуществами данной методики осаждения (ХОГФ) монослоев ДПМ является получение равномерных структур и контроль процесса роста. Отличительная особенность метода - возможность введения примесей в монослои в процессе роста.

1.4. Оптические свойства твёрдых растворов дихалькогенидов переходных металлов

Дихалькогениды переходных металлов обладают запрещенной зоной 1,2-2 эВ [33]. Отличительной особенностью слоистых материалов ДПМ является увеличение ширины запрещенной зоны с уменьшением количества атомных слоев из-за эффекта размерного квантования, что приводит к переходу от непрямозонного полупроводника в объёмных структурах к прямозонному в однослойных.

Наиболее известные материалы ДПМ MoS2, WS2, Мо8е2 и WSe2 имеют запрещенные зоны 1.88 эВ, 1.57 эВ, 2.03 эВ, 1.67 эВ, для монослоев, соответственно. Для объемных MoS2, WS2, MoSe2 и WSe2 запрещённые зоны составляют 1.23 эВ, 1.09 эВ, 1.32 эВ, 1.21 эВ, соответственно [34]. Материалы приобретают свойства непрямозонных полупроводников в случае трехмерного (объемного) случая и переходят к прямозонным в двумерном случае. Наличие прямых переходов в зонной структуре приводит к тому, что атомно-тонкие ДПМ проявляют фотолюминесцентные (ФЛ) свойства. Свойства фотолюминесценции в ДПМ были впервые показаны для двумерного MoS2 в 2010 году [35].

7

и—■—|—■—|—I—|—■— —|—>—|—I—|—■—|—I—

1.4 1.6 1.8 гО 2.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2

Энергия, эВ Энергия, эВ

Рисунок 8. Зависимость фотолюминесценции MoS2 от количества слоев (а). Экситоны А и В в MoS2 для счётного количества слоев от 1 до

5 (б) [35].

На рисунке 8 показано, что в спектре монослоя MoS2 находится пик фотолюминесценции с энергией 1,88 эВ. Представлена также зависимость интенсивности фотолюминесценции MoS2 от количества слоев. На вставке видно, что интенсивность фотолюминесценции резко спадает с увеличением количества слоев и для 6 слоев фотолюминесценция исчезает. Фотолюминесценцию проявляют и другие монослойные материалы ДПМ: пик фотолюминесценции WS2 имеет энергию 1,95 эВ, WSe2 - 1,63 эВ [36,37] и MoSe2 - 1,55 эВ [38,39].

Изменяя толщину слоя, можно заданным образом изменять важнейшие параметры материала: оптические переходы, проводимость, подвижность электронов, параметры электронной релаксации, и т.д.

На рисунке 9 приведены зонные структуры для материалов и межзонные переходы в них.

Рисунок 9. Зонные структуры монослойных ДПМ: MoS2 MoSe2 (б),

WS2 (в) и WSe2 (г) [40].

Из рисунка 9 видно, что А- и В- переходы для различных материалов ДПМ имеют свои особенности: значение энергии, положение в зонной структуре.

При увеличении слоев в материалах ДПМ не только уменьшается интенсивность фотолюминесценции, но и смещается центральный пик. Это обусловлено изменением энергетических зон ДПМ [41] Также сдвиг пика фотолюминесценции обуславливается примесями в ДПМ. Например, при добавлении Оа в монослой ДПМ, интенсивность фотолюминесценции снижается в несколько раз [42].

На рисунке 10 показаны зонные структуры ДПМ при счетном количестве слоев от 1 до 2, а также для объемного случая (MoS2) [43].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шестакова Анастасия Павловна, 2020 год

сток исток

О—/\ЛЛЛ—о ДПМ о^ллл^о

1

Vg

Рисунок 56. Схема измерений переходных характеристик устройства с

использованием двух контактов.

При работе устройства в режиме полевого транзистора, где на активный канал подается напряжение, между истоком и стоком, при возникновении тока учитывается сопротивление материала, т.е. самого канала. Сопротивление монослойного образца ДПМ обычно находится в диапазоне от единиц Ом до нескольких десятков кОм. Для тонких образцов (1-2 слоя MoS2) удельное сопротивление составляет от нескольких единиц до десятков кОм [131], [132]. В работе [133] показано, что сопротивление монослойного MoS2 составляет 27.8, 11.7 и 8.3 кОм мкм при напряжении истока-стока ^=1,2,3 В, соответственно.

Помимо сопротивления самого материала, возникает сопротивление между металлическими контактами и активным каналом полупроводника. Влияние контактного сопротивления на полупроводник не позволяет оценить электрофизические параметры исследуемых материалов из прямых измерений.

В таблице 9, приведены значения контактных сопротивлений для некоторых материалов, из которых на сегодняшний день наиболее часто создаются электроды для М082 и №82 полевых транзисторов.

Таблица 9. Сопротивления материалов электродов, использующихся при создании транзисторов на основе ДПМ.

Материал электродов Сопротивление контактов, кОм* мкм Ссылки

И ~950-1000 [133-135]

ТЮ2 ~80 [136]

Графен ~90-120 [134,137,138]

А1 ~60 [139]

Аи ~30-80 [111,140]

На исследуемые транзисторы были напылены Аи электроды, они имеют малое контактное сопротивление на границе с ДПМ по сравнению с другими материалами, приведенными в таблице 9.

Поскольку в созданных и охарактеризованных в главе 3 устройствах основе М01-х№х82(1-у)8е2у со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 и х=0,5, у=0,58 невозможно поменять геометрию электродов, ввести примеси и пр., возможны два метода выявления и расчета на этой основе реальной подвижности носителей заряда:

• использование четырёхконтактного метода прямых измерений электрофизических параметров материала [131].

• расчет потерь с помощью 7-функции [139] для двухзондового метода измерения подвижности носителей заряда в устройствах, т.е. учет контактного сопротивления.

Рассмотрим четырехконтактную схему измерений электрофизических параметров материала (рисунок 57).

Схема измерений электрофизических параметров устройств при помощи четырёх контактов.

Входной ток (1вх) подается через два крайних зонда, которые имеют известные сопротивления. Полученное при этом с канала транзистора напряжение снимается через второй и третий зонды, расположенные между крайними.

Протестировано, что электроды созданных устройств начинают плавиться уже при 20 В, затем взрывается кристаллит. Значения напряжений до 20 В оказалось недостаточно для того, чтобы регистрировать протекающий ток, что связано, скорее всего, с наличием высокого контактного сопротивления на границе ДПМ-электрод.

Таким образом, сравнить двухзондовый и четырёхзондовый методы для характеризуемых образцов оказалось невозможным.

Для понимания реальных величин электрофизических характеристик была применена оценка с помощью 7-функции. Использование 7-функции впервые было предложено группой под руководством ОЫЬаиё0 [141] для расчета действительных параметров обычных полевых транзисторов на основе кремния.

Методика позволяет определить максимальное контактное

сопротивление и учесть это при расчете подвижности носителей заряда в

полевом транзисторе. Оценка электрофизических параметров созданных

транзисторов будет рассмотрена на примере транзистора на монослое

90

Moi-xWxS2(i-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25, однако диапазон максимальных значений подвижности носителей заряда будет приведен для всей серии созданных транзисторов.

Метод 7-функции основан на анализе тока истока-стока Ids в линейной области. Учитывая контактное сопротивление, созданное барьером Шоттки, происходит падение напряжения Vds и ток выражается как [142]:

Ids = Т (VV -Vt- 0,5Vds)(VSD - IdsRc), (9)

где ^eff - подвижность носителей заряда, в - коэффициент ослабления подвижности носителей заряда, обусловленный рассеянием фононов и шероховатостью поверхности, Vg - напряжение, подаваемое на нижний затвор, Vt - пороговое напряжение, Cox, - емкость SiO2, VDS - напряжение истока-стока.

Для созданных устройств Vg - Vt >> 0.5 из-за сильной инверсии. С учетом этого и того, что полный коэффициент ослабления подвижности составляет

в = в0 + ^effC0XRcT, можно записать выражение для тока стока ISD в

линейной области как [142]:

^ = 1 + СохL(V - Vt)VdS (I0)

Крутизна выходной характеристики дт описывается выражением [142]:

_ dlds _ Veff W

дт jtt г , чп2 Сох j Vds (11)

Щ [1 + e(Vg - Vt)]2 L

Рисунок 58. Графики выходной характеристики и крутизны выходной характеристики для транзистора на основе монослойного Мо^хЗ^-у^у со стехиометрическими коэффициентами х=0,55,

у=0,25.

С учетом крутизны выходной характеристики У -функцию можно определить как [142]:

У =

1/2 9гк

1 (Уд-Уг)

(12)

При построении зависимости У^йз) эффективная подвижность носителей заряда, извлеченная из линейного участка, составляет =

см

4,9 — при максимальном Уд. Пороговое напряжение определяется из

В*с

графика зависимости У(1$о)• Напряжение определяется моментом, когда У-функция выходит на линейный участок.

2

Рисунок 59. Y-функция и касательная к ней для транзистора на основе монослойного Mol-xWxS2(l-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25.

Пороговое напряжение Уг определяется из 7-функции началом подъема функции и последующим выходом на линейный участок и составляет Уг = 9,047 В (рисунок 59). Коэффициент ослабления подвижности носителей заряда составляет в = 0,045 В-1. Максимум контактного сопротивления при этом составляет Я = 350 кОм. Для серии исследованных транзисторов сопротивление составляет 350-420 кОм.

Коэффициент уменьшения подвижности носителей заряда в рассчитывается из уравнений (10) и (11) с устранением коэффициента

^егг^охТ [142]:

в =

- 1) ( Уд - Уг)

(13)

к9т(Уд - У)

При сильной инверсии коэффициент в должен быть постоянной величиной. Также коэффициент в выражается через параметры, включающие в себя сопротивление тока истока-стока [142]:

Ш

в = в0 +

(14)

где в0 и Яс - коэффициенты внутреннего уменьшения подвижности и контактного сопротивления, соответственно. Пренебрегая внутренним в0, выражение для в приобретает вид [142]:

(15)

Максимум контактного сопротивления, возникающего на границе металл-полупроводник оценивается как [142]: в

Яг

г К

(16)

Таким образом, максимальную подвижность электронов можно рассчитать с учетом потерь (рисунок 60), которые рассеиваются на контактах [142]:

№тах

(г + в^-Ъ))'

(17)

Рисунок 60. Подвижность носителей заряда транзистора на основе монослойного Мо!^х82(1-у)8е2у со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 с учетом 7-функции.

Из рисунка 60 видно, что в зависимости от напряжения затвора

подвижность носителей нелинейно меняется. Максимальное значение

подвижности носителей заряда для транзистора на основе монослоев

Мо1^х82(1-у)8е2у со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 с

94

учетом 7-функции, которая учитывает контактные сопротивления, составляет

дтах~8,35 — , что на ~40 % выше эффективной подвижности носителей

В*с

заряда в транзисторе.

Для серии созданных монослойных транзисторов оцененная с помощью

СМ 2

7-функции подвижность носителей заряда составляет 8-11 —.

4.4. Стабильность фототранзисторов на основе ДПМ в условиях атмосферы

Для того, чтобы оценить влияние молекул H2O на стабильность работы созданных транзисторов, была проведена серия контрольных исследований электрофизических параметров. На рисунке 61 приведены выходные характеристики транзисторов в момент измерений после нанесения металлизации и через месяц повторных измерений.

Рисунок 61. Выходная характеристика фототранзистора на основе

монослойного Mol-xWxS2(l-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25, полученная сразу после нанесения электродов (пунктирная линия) и спустя месяц (сплошная линия).

Первично устройства были исследованы сразу после нанесения электродов на кристаллиты. Контрольное измерение электрофизических параметров образцов было произведено спустя 30 суток.

На рисунке видно, что повторное тестирование транзисторов через 30 суток демонстрирует снижение тока в ~1,5 раз, однако характер переходных характеристик не изменился.

Таким образом, показано, что длительное нахождение созданных устройств в условиях атмосферы влияет на их электрофизические параметры. Транзисторы на основе ДПМ требуют покрытия тонкими оксидами, защищающими от разрушения проводящий канал устройства.

4.5. Фотовольтаические эффекты в монослоях дихалькогенидов переходных металлов

Фотовольтаический эффект - эффект возникновения электрического тока (фототока) в полупроводнике под действием оптического излучения. При облучении полупроводника электроны в основном состоянии поглощают энергию фотонов. Возбужденные электроны переходят на более высокий энергетический уровень и становятся свободными. Под действием электрического поля электроны перемещаются от истока к стоку, а сгенерированные дырки в обратном направлении.

В простейшем виде полупроводниковый транзистор состоит из активного канала и двух металлических электродов - стока и истока. Поглощение фотонов активным слоем в устройстве приводит к тому, что генерируются дополнительные свободные носители заряда и, как следствие, уменьшается электрическое сопротивление полупроводника. Такое устройство начинает работать как фототранзистор. На рисунке 62 показана зонная структура полупроводникового транзистора при приложении напряжения смещения без излучения (а) и с излучением (б).

Рисунок- 62. Эффект фотопроводимости. Зонная структура фототранзистора под внешним смещением без освещения (а), Зонная структура фототранзистора под внешним смещением под действием излучения с энергией фотонов выше, чем ширина запрещенной зоны (б)

[143].

При приложении напряжения смещения возникает небольшой темновой ток устройства (!аатк). При наличии темнового тока устройство работает в режиме транзистора [144]. При облучении светом поглощаются фотоны с энергией большей, чем ширина запрещенной зоны и возникают электронно-дырочные пары. Появляется фототок (1ркого), который дополняет темновой ток и уменьшает сопротивление полупроводникового устройства. Такое устройство работает в режиме фототранзистора. Подвижность носителей заряда влияет на время переноса т1гап511 [143]: I2

ttransit Т/ , (18)

V • Vds

где L - длина канала фототранзистора, ^ - подвижность носителей заряда, Vds - напряжение истока-стока между электродами. Если подвижность дырок ниже подвижности электронов, то фотосгенерированные электроны могут пересекать канал гораздо быстрее, чем дырки. До рекомбинации и экстракции дырок в фототоке участвует большое количество электронов, которое влияет на фотопроводящий коэффициент усиления G [143]:

Tphotocarriers ^photocarriers ' ^ ' У

G =

т

transit

L2

(19)

Если носители заряда захватываются ловушками, они начинают действовать как локальные затворы, изменяя сопротивление материала. В этом случае время жизни носителей заряда ограничено только временем жизни рекомбинации локализованных состояний ловушек, что приводит к большому значению усиления. Состояния ловушек, в которых носители заряда могут находиться в течение длительного времени, обычно располагаются на дефектах или на поверхности полупроводникового материала.

Фототок Iphoto, генерируемый в фотопроводящем слое фототранзистора, может быть оценен следующим образом [143]:

Iphoto — I illumination — Idark — Г • • в • G, (20)

где Г - количество поглощенных фотонов в единицу времени, п -эффективность преобразования поглощенных фотонов в электроны, е - заряд электрона.

Используя уравнение (20), можно представить фототок в виде [143]:

_ Tphotocarriers ' , .

lphoto — Г Ч е J2 (21)

Фотовольтаические эффекты наблюдаются в Ван-дер-Ваальсовых структурах, которые имеют формулу МХ2 [145,146], а также в гетероструктурах [147-149].

На рисунке 63 приведены экспериментально полученные выходные характеристики фототранзисторов на основе монослоев Moi-xWxS2(i-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 и х=0,5, у=0,58.

МОо^^е^аБ MO0.5W0.5Se0.s4S! 16

30 20 > ю ' о -ю -20 -30

- 0,05 мВт - 0,12 мВт

- 0,25 мВт

- 0,4 мВт

- 0,5 мВт

0,6 мВт

30 20 10

— -10 -20 -30 -40

- 0,05 мВт - 0,12 мВт - 0,25 мВт - 0,4 мВт - 0,5 мВт 0,6 мВт (б)/

/У/

УЬз (В) Ус^з (В)

Рисунок 63. Экспериментальные выходные характеристики фототранзисторов на основе атомно-тонких Mol-xWxS2(l-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 (а) и х=0,5, у=0,58 (б) при различных мощностях оптической накачки с длиной

волны 532 нм.

Из рисунка 63 видно, что при облучении сфокусированным световым пучком интенсивность фототока возрастает. Показано максимальное значение фототока ~30 мА при облучении 0,6 мВт света с длиной волны 532 нм. Характер зависимостей выходных характеристик не меняется от кристаллита к кристаллиту так же, как и при работе устройств в режиме полевых транзисторов (рисунок 54). Представленные результаты вошли в работы [К1, К6].

Исследованные серии фототранзисторов позволяют сделать вывод, что стехиометрические коэффициенты Mol-xWxS2(l-y)Se2y не влияют на характер выходных характеристик.

4.6. Расчет фототока в фототранзисторах на основе монослоёв твёрдых растворов Мо!-^^^^

Исследование фототока в устройствах ДПП является главным

элементом для анализа полученных экспериментальных данных. Фототок

можно использовать для оценки параметров ДПМ, таких как коэффициенты

99

фотопреобразования, коэффициенты поглощения и времени жизни носителей заряда. Фототок слабо зависит от длины волны оптической накачки, пики фототока связаны напрямую с пиками в спектре поглощения. В сопроводительных материалах [150] показано, что при комнатной температуре пики поглощения в монослое Мо82 точно совпадают с пиками спектроскопии фототока по значениям энергии.

Диэлектрическая функция £ описывается мнимой частью £х (Е) в области низких энергий и действительной частью £2 (Е) в области высоких энергий:

£ = £1(£) + £2(Е) (22)

На рисунке 64 представлены экспериментальные и расчётные спектральные зависимости коэффициентов поглощения для монослойных МоБ2, Мо8е2, WS2 и WSe2, представленные в работе [151].

Рисунок 64. Спектральные зависимости коэффициентов оптического

поглощения монослоёв (а) MoS2, (б) MoSe2, (в) WS2 и (г) WSe2. Стрелками обозначены экситонные пики А и В, соответственно [151].

Из рисунка 64 видно, что коэффициент оптического поглощения для каждого из монослоев резко возрастает в области высоких энергий.

Для расчета показателя преломления в монослоях MoS2, WS2 и WSe2 рассматриваемый спектральный диапазон был разделен на область низких энергий, в которой преобладают экситонные переходы на относительно низком фоне поглощения, и на область более высоких энергий с сильным поглощением из-за межзонных переходов. В области низких энергий, в которой находятся экситоны А и В, комплексная часть диэлектрической функции монослойного ДПМ описывается как [151,152]:

£1(£) = /ш

\ ¿—1 т3

«

лех 1

Ш3 р г /г

п=ДВ \ш=1 с0п ^2 с 11 ех,т,

(23)

где п - номер индекса валентной зоны, т - порядковый номер возбужденного состояния экситона, - постоянная Ридберга, Гех,т - параметр уширения т-го возбужденного состояния экситона, £0п - энергия запрещенной зоны, Е -энергия фотона, ^0^- параметры аппроксимации, А и В - обозначения экситонов.

Энергия связи экситона связана с шириной запрещённой зоны с помощью соотношения:

= 0.18 эВ + 6.4 * 10-3£4 (24)

Расчет коэффициентов поглощения в монослоях МХ2

Для расчета коэффициентов поглощений в монослойных твёрдых растворах Mo0.45W0.55Se1.5S05 и Mo0.5W0.5Se0.84S1.16 были рассчитаны коэффициенты поглощения материалов МХ2 в соответствии с данными, полученными в статье [151].

Для расчета диэлектрических функций в области высоких энергий, где

происходят межзонные переходы, используются соотношения Крамерса-

Кронига. Действительная часть диэлектрической функции является функцией

энергий фотонов Е и суперпозицией Лоренцевских осцилляторов [153]:

101

£2СЕ) = 1 + Е^=1 (25)

где^ и Ук - сила осциллятора и ширина линии к-го осциллятора.

Ширина отдельных осцилляторов используется для расчета произвольной диэлектрической функции и не связана с временем жизни электронных переходов.

Рассматриваемый в работе диапазон энергий 1,5-3 эВ. Это обсусловлено работой созданных устройств в видимом диапазоне энергий. За пределами рассматриваемого диапазона учет межзонных переходов необходим для точного определения диэлектрической функции. В инфракрасном диапазоне диэлектрический отклик возникает из-за полярных оптических фононов и свободных носителей заряда. Влияние свободных носителей заряда на диэлектрическую функцию в оптическом частотном диапазоне оценивается как <0,1, основываясь на модели Друде для плотности носителей заряда 1012см-2 и транспортных характеристиках устройства на основе атомно-тонких ДПМ [13,35]. Этим вкладом также пренебрегается.

Первоначально были рассчитаны значения действительной и мнимой частей по отдельности диэлектрических функций [154] монослойных чистых материалов (двухкомпонентных) МХ2: MoS2, WS2, WSе2 (рисунок 65). Именно параметры этих материалов в дальнейшем используются для описания трех- и четырехкомпонентных твёрдых растворов.

Рисунок 65. Графики действительной и мнимой частей диэлектрической функции для монослойных MoS2 (а), WS2 (б), WSе2 (в).

На рисунке 65 представлены зависимости действительной и мнимой частей диэлектрической функции, где два экситонных возбуждения А и В описываются Лоренцевским выражением (23), а для двух межзонных переходов суперпозицией (25). Коэффициент поглощения для немагнитных сред описывается как:

^ = ^(Е)2 + £2(Е)2 - £1(Я)) (26)

На основе параметров экситонных возбуждений и межзонных переходов в материалах рассчитаны коэффициенты поглощений для монослойных MoS2, WS2, WSе2, представленные на рисунке 66.

4,0

1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4

Энергия (эВ)

Рисунок 66. Спектральная зависимость коэффициента поглощения в монослойных ДПМ: Мо82, WS2, WSе2.

На рисунке 66 показаны спектральные зависимости коэффициента поглощения и указаны энергии, при которых возникают А- и В- экситоны. Видно, что в области высоких энергий коэффициент поглощения возрастает.

В таблице 10 приведены рассчитанные значения А- и В- экситонных возбуждений, а также параметры межзонных переходов для MoS2, WS2, WSе2.

Таблица 10. Значения параметров межзонных переходов, используемых для расчёта.

ДПМ MoS2 WS2 WSе2

А экситон, эВ 1,87 2,04 1,65

В экситон, эВ 2,01 2,4 2,06

1-ый осциллятор, эВ 2,88 2,86 2,45

Ширина 1-ого осциллятора 0,30 0,15 0,30

2-ый осциллятор, эВ 3,14 3,05 2,95

Ширина 2-ого осциллятора 0,7 0,4 0,7

3-ий осциллятор, эВ 4 4 4

Ширина 3-его осциллятора 0,8 0,8 0,8

Рассчитанные значения коэффициентов поглощения МХ2, представленные в данной работе полностью совпадают с расчётом, представленном в [151]. Представленные результаты вошли в работу [С6]. Расчет коэффициентов поглощения в монослоях Mol-xWxS2(l-y)Se2y На основе расчетов коэффициентов поглощения, представленных для МХ2, были рассчитаны действительные и мнимые части диэлектрической функции, а затем коэффициенты поглощения для твердого раствора М01-Действительные и мнимые части £ для Mol-xWxS2 представлены на рисунке 67.

Рисунок 67. Спектральные зависимости действительной (а) и мнимой (б) частей £ твёрдого раствора Mol-xWxS2 при изменении стехиометрического коэффициента х от 1 до 0.

Из рисунка 67 видно, что при добавлении Мо в WS2 экситонные пики смещаются в сторону меньших энергий, а 2 пика межзонных переходов становятся неразличим, т.е. «сливаются» в один. Полученные результаты хорошо согласуются с литературными данными для спектрального коэффициента поглощения Mol-xWxS2 [155].

Рисунок 68. Изменение коэффициента поглощения твёрдого раствора Mol-xWxS2 приизменении стехиометрического коэффициента х от 1 до 0.

Из рисунка 68 видно, что положение линии в спектре, которое отвечает за главный экситонный пик А, меняется от 2 эВ до 1,8 эВ. Данный сдвиг обусловлен изменением ширин запрещённых зон в материалах ДПМ при изменении стехиометрических коэффициентов.

Для расчёта спектрального поглощения твёрдых растворов Mol-xWxS2(l-y)Se2y учитывается спектральное поглощение твёрдого раствора Mol-xWxS2, а также WSе2. Целесообразно рассматривать диапазоны значений стехиометрических коэффициентов х от 0 до 0,25 и у от 1 до 2, поскольку экспериментально полученные значения А-экситонов для рассматриваемых твердых растворов Mol-xWxS2(l-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 и х=0,5, у=0,58 имели значения энергий 1,7 эВ и 1,785 эВ. Результаты расчётов для Mol-xWxS2(l-y)Se2y с различными стехиометрическими коэффициентами представлены на рисунке 69.

106

Рисунок 69. Спектральные зависимости действительной (а) и мнимой частей (б) £ твердого раствора Mol-xWxS2(l-y)Se2y при изменении стехиометрических коэффициентов х от 0 до 0,25 и у от 1 до 2.

Из рисунка 69 видно, что при изменении стехиометрических коэффициентов в обоих зависимостях для ^(Е) и £2(Е) центральный А-экситон постепенно смещается в сторону меньших энергий при добавлении WSе2. Это также отражено в спектральной зависимости коэффициента поглощения для Mol-xWxS2(l-y)Se2y, представленной на рисунке 70.

Рисунок 70. Спектральные зависимости изменения коэффициента поглощения твёрдого раствора Mol-xWxS2(l-y)Se2y при изменении стехиометрических коэффициентов х от 0 до 0,25 и у от 1 до 2.

На рисунке 70 показано, что значения энергий экситонных пиков А и В смещаются в сторону меньших энергий при добавлении WSе2, однако значение коэффициента поглощения для них практически не изменяется.

Расчет фототока в монослоях Ыо1-хЖх82(1-у)8в2у

На основе полученных коэффициентов поглощения в монослоях Mol-xWxS2(l-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 и х=0,5, у=0,58 был рассчитан фототок. Для того, чтобы определить усиление фототока в созданном фототранзисторе на основе ДПМ, выбиралось значение напряжения на линейном отрезке выходной характеристики с затвором Vg=0. Для расчета фототока в конкретном материале учитывались значения коэффициентов поглощения, рассчитанных ранее и выражение для фототока приобретало вид [156]:

^рко1осагг1егз • №е// • V Ртс(1 & )

(27)

Ь КУ

где к - коэффициент поглощения, d - толщина слоя, ку - энергия

поглощенного фотона, Р1ПС - мощность излучения, трн0г0сагг1ег5 - время

жизни носителей заряда, - подвижность носителей заряда в монослое

Некоторые параметры были определены экспериментально, а именно: толщина монослойного образца выбиралась равной 1 нм из данных атомно-силовой микроскопии; время жизни носителей заряда, оцененное с помощью спектроскопии временного разрешения, составляло 3 пс. Подвижность

носителей заряда для монослойного ДПМ была рассчитана ранее на основе

2

передаточных характеристик, она составляла 5 СМ. для Mol-xWxS2(l-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 и х=0,5, у=0,58. Ширина и длина канала для всех созданных фототранзисторов составляла 1 мкм и 2 мкм, соответственно. На рисунке 71 представлены расчетные данные спектроскопии фототока для монослойных фототранзисторов на основе Mol-xWxS2(l-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 и х=0,5, у=0,58 .

ю-

< X

о

е

42

д А-экситон (а)

/ \ —

) \ 1,815

В-экситон /

— /

\ 2'13 /

14

1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 Энергия (эВ)

12-<10-Р в

о

| 642

д А-экситон (б)

/ \ —

/ 1 1,73 В-экситон /

— /

\ 2,07 /

1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 Энергия (эВ)

Рисунок 71. Спектральные зависимости фототока для фототранзисторов на основе монослоев Mol-xWxS2(l-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 (а) и х=0,5,

У=0,58 (б).

Из рисунка 71 видно, что экситонные пики в Mol-xWxS2(l-y)Se2y с стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 смещаются в область меньших энергий при увеличении концентрации серы в Mol-xWxS2(l-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,5, у=0,58 при практически равных долях молибдена и вольфрама в обоих материалах. Такое смещение пиков

обусловлено особенностями экситонных возбуждений в материалах и спектральным поглощением каждого из материалов.

4.7. Экспериментальные исследования спектроскопии фототока в фототранзисторах на основе монослоёв твёрдых растворов

Для объяснения причин возникновения пиков поглощения в Мо1^х82(1-у)8е2у со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 и х=0,5, у=0,58 =экспериментально были исследованы фоточувствительности, а также приведены спектры фотолюминесценции обоих материалов.

Экспериментальные спектры фототока были получены на установке, описанной в Главе 2. Спектры фоточувствительности, а также спектры фотолюминесценции для двух твердых растворов Mol-xWxS2(l-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 (рисунок 72) и Mol-xWxS2(l-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,5, у=0,58 (рисунок 73) представлены ниже.

Экспериментальные данные спектроскопии фототока и

фотолюминесцентная спектроскопия Mol-xWxS2(l-y)Se2y со

стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25. Чёрными

цифрами показаны значения экситонных пиков А и В, красными -

значение энергии фотолюминесценции (в эВ).

110

Рисунок 73. Экспериментальные данные спектроскопии фототока и фотолюминесцентная спектроскопия Mol-xWxS2(l-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,5, у=0,58. Чёрными цифрами показаны значения экситонных пиков А и В, красными -значение энергии фотолюминесценции (в эВ).

Из рисунка 72 видно, что для твёрдого раствора Mol-xWxS2(l-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,5, у=0,58 центральная линия люминесценции (А-экситон) при комнатной температуре соответствует энергии 1,7 эВ, а для твёрдого раствора Mol-xWxS2(l-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 соответствует 1,785 эВ (рисунок 73). Пик фотолюминесценции в обоих случаях практически совпадает с пиком фоточувствительности, он сдвинут на 10 нм в инфракрасную область. Представленные результаты вошли в работы [К1, К10].

Такая корреляция фототока и люминесценции является типичной для полупроводников, и значения пиков фототока с энергиями 1,815 эВ и 1,73 эВ соответствуют разнице значений ширины запрещённой зоны и энергии связи главного А-экситона (Ед-Е£) [157]. При указанных энергиях в спектре поглощения материалов происходит увеличение коэффициента поглощения

[143]. Второй пик в зависимости фототока от энергии соответствует В-экситону: 2, 21 эВ и 2,12 эВ, соответственно [158].

Результаты экспериментальных исследований фототока в твёрдых растворах Mo1-xWxS2(1-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 и х=0,5, у=0,58 были сравнены с расчетными спектрами фототока, представленными на рисунке 71. Для твёрдого раствора Mo1-xWxS2(1-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 сравнение представлено на рисунке 74, а для Mo1-xWxS2(1-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,5, у=0,58 на рисунке 75.

1086-< 4-

S 2j

н о

ё 12-е

8401,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0

Энергия (эВ)

Рисунок 74. Спектроскопия фототока для твердого раствора Mo1-xWxS2(1-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25: расчетные (а) и экспериментальные (б) данные.

14-, 12108-

Т-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-г

1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 Энергия (эВ)

Рисунок 75. Спектроскопия фототока для твердого раствора Mol-xWxS2(l-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,5, у=0,58: расчетные (а) и экспериментальные (б) данные.

Оба спектра фоточувствительности демонстрируют главный пик, отвечающий за прямые оптические переходы в К-точке в зоне Бриллюэна. Значения пиков составляют 1,815 эВ и 1,73 эВ для твёрдых растворов Mol-xWxS2(l-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 и х=0,5, у=0,58, соответственно. Таким образом, значения А-экситона для расчета и эксперимента совпадают. Фототок генерируется на соединении Шоттки, который создает встроенный потенциал, разделяющий фотовозбужденный заряд. Электронно-дырочные пары, образованные при энергиях оптических переходов, относящихся к А- и В-экситонам, приводят к суммарному фототоку [159].

4.8. Рекомендации к созданию эффективных фототранзисторов на основе твёрдых растворов ДПМ.

На основе обзора научной литературы и в процессе электрофизических измерений созданных фототранзисторов выявлено, что важные роли в фототранзисторах играют параметры:

Низкий темновой ток

Преимуществом устройств с низким темновым током является возможность управлять проводимостью канала путем подачи напряжения на затвор. Высокое соотношение "включено-выключено" помогает обеспечить низкий уровень шума и обеспечить возможность высокого уровня сигнала, а также увеличить быстродействие фототранзистора. Низкий темновой ток также важен для низкого энергопотребления и применения в гибких и носимых устройствах. Поскольку плотность состояний в ДПМ уменьшается с уменьшением толщины пленки, однослойные устройства предпочтительнее, т.к. они имеют гораздо меньший темновой ток.

Подвижность носителей заряда

Параметр влияет на способность извлекать коэффициент усиления в фотопроводящих устройствах. Временной отклик фототранзисторов на свет требует быстрого переноса заряда, поэтому устройства с большим коэффициентом усиления могут быть созданы только при высокой подвижности носителей заряда.

Контактное сопротивление

Высокие барьеры Шоттки на границе раздела металл-полупроводник приводят к высокому контактному сопротивлению и препятствуют эффективной инжекции электронов в канал ДПМ. Это препятствует прохождению заряда через канал и уменьшает коэффициент усиления фотопроводимости. Чем больше толщина ДПМ, тем меньшим контактным сопротивлением обладает устройство, однако многослойные материалы являются непреимущественно используемыми в устройствах.

Покрытый проводящего канала

Покрытие тонким слоем оксида активного канала ДПМ в устройстве позволит защитить его от влияния атмосферы. Под действием H2O устройство подвержено деградации электрофизических параметром. Помимо этого, нанесение тонкого слоя может выступать в качестве туннельного слоя, т.е.

слоя, уменьшающего барьер Шоттки. Это позволяет уменьшить контактное сопротивление в будущих устройствах на основе монослойных ДПМ.

Приведенные параметры являются важными требованиями к созданию эффективным транзисторов, однако, в большинстве случаев требуют создания специальных условий и наличия уникального технологического оборудования.

4.9. Выводы по главе 4

В четвертой главе диссертационной работы описаны созданные фототранзисторы на основе твердых растворов Mo0.45W0.55Se1.5S05 и Mo0.5W0.5Se0.84S1.16. На подготовленные локализованные кристаллиты с помощью электронно-лучевой литографии были нанесены электродные площадки для измерения электрофизических параметров созданных устройств. Из кристаллитов, на которые были напылены электроды, пригодными для измерений отобраны 62% образцов. Это составляет 50% от общего количества локализованных кристаллитов, т.е. 75 из 150.

При тестировании электрофизических параметров фототранзисторов на основе ДПМ были рассчитаны значения эффективной подвижности носителей

заряда: для транзисторов на основе монослойных ДПМ = 4-5 —, для

' ' В*с

2

см2

транзисторов на основе ДПМ с количеством слоев 5 = 6-7,1 —, для 10' ' В*с

2

см2

слойного ДПМ в транзисторах = 17 -18,5 —. Максимум контактного

' ' В*с

сопротивления в транзисторах на основе монослойных твёрдых растворов ДПМ составляет 350-420 кОм. В экспериментальных образцах полевых транзисторов на основе твердых растворов Mol-xWxS2(l-y)Se2y максимальная

2

см2

подвижность носителей заряда составляет 8-11 — с учетом расчета

В*с

контактных сопротивлений.

Для фототранзисторов на основе твердых растворов Mol-xWxS2(l-y)Se2y было рассчитано спектральное поглощение. Первоначально показано

изменение коэффициентов поглощения для пары материалов MoS2 - WS2. Затем на основе двухкомпонентных материалов рассчитано спектральное поглощение в Mo1-xWxS2, а затем для твердых растворов Moi-xWxS2(1-y)Se2y с учетом спектрального поглощения для WSе2.

Для двух серий созданных устройств на основе Moi-xWxS2(i-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 и х=0,5, у=0,58 были проведены экспериментальные исследования фоточувствительности, результаты которых совпали с результатами расчетов спектров фоточувствительности для этих материалов. Для обоих материалов спектры фоточувствительности демонстрируют главный пик, отвечающий за прямые оптические переходы в К-точке в зоне Бриллюэна.

Приведены рекомендации к созданию эффективных фототранзисторов на основе твёрдых растворов ДПМ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе исследованы оптические характеристики двумерных полупроводников нового типа: твёрдых растворов дихалькогенидов переходных металлов, а также разработаны научные основы комплексной оптической методики характеризации этих материалов и фототранзисторов на их основе. При этом получены следующие основные результаты:

1. Разработана комплексная методика характеризации двумерных полупроводниковых дихалькогенидов переходных металлов на основе оптических методов исследования.

1.1. Разработана методика, позволяющая с высокой точностью идентифицировать и охарактеризовывать по ряду параметров пригодные для создания устройств мономолекулярные слои ДПМ. Выход годных для создания устройств монослойных кристаллитов составляет 60% из общего числа эксфолиированных и локализованных на подложке.

1.2. Показаны закономерности влияния стехиометрических коэффициентов твёрдого раствора Mol-xWxS2(l-y)Se2y на оптические свойства материалов. С помощью люминесцентной микроскопии оценены ширины запрещённых зон в материалах. Диапазон энергий запрещённых зон для монослойных кристаллитов Mol-xWxS2(l-y)Se2y составляет 1,57-1,88 эВ.

1.3. Разработана методика определения стехиометрических коэффициентов материала с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и фотолюминесцентной микроскопии. Определены стехиометрические коэффициенты для двух материала твёрдых растворов Mol-xWxS2(l-y)Se2y по их оптическим свойствам: х=0,55, у=0,25 и х=0,5, у=0,58

2. Созданы экспериментальные образцы фототранзисторов, где в качестве функционального материала используются монослойные кристаллиты твёрдых растворов Mol-xWxS2(l-y)Se2y. Данные устройства

протестированы в режиме полевых транзисторов, и для них получены следующие характеристики:

2.1. Эффективная подвижность носителей заряда для созданных

транзисторов составляет согласно прямым измерениям: для монослойных

2 2 см см

ДПМ =4-5 —, для ДПМ с количеством слоев 5 =6-7,1 —, для 10* * В*с ^ В*с

2

см

слойных ДПМ =17-18,5 —.

j j В*с

2.2. При использовании 7-функции, учитывающей контактные

сопротивления, максимальная подвижность носителей заряда для

2

монослойных образцов составляет дтах = 8-11 —, что на 40% выше

В*с

эффективной подвижности носителей заряда.

2.3. Максимальное контактное сопротивление в устройствах на монослойных ДПМ Moi-xWxS2(i-y)Se2y составляет 350-420 кОм. Определены причины высокого контактного сопротивления: большая величина барьера Шоттки на границе металл (электроды) - полупроводниковая структура.

2.4. Рассмотрены методы решения проблемы большого контактного сопротивления: изменение геометрии электродов, покрытие полупроводника тонкими слоями оксидов для улучшения контакта, использование графеновых электродов вместо золотых и т.д.

3. Созданы экспериментальные образцы фототранзисторов, где в качестве функционального элемента используются монослойные кристаллиты твёрдых растворов Moi-xWxS2(i-y)Se2y:

3.1. Экспериментальные данные фототока для твёрдых растворов Moi-xWxS2(i-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0 (1) и Moi-xWxS2(i-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,5, у=0,58 (2) демонстрируют максимумы фоточувствительности материалов в области экситонных пиков фотолюминесценции: E1 = 1,815 эВ, E2 = 1,73 эВ.

3.2. В созданных фототранзисторах стехиометрические коэффициенты Mo1-xWxS2(1-y)Se2y не влияют на характер выходных характеристик.

3.3. Представлен расчет, описывающий изменение спектрального коэффициента поглощения, и как следствие, оптических характеристик в твёрдых растворах Moi-xWxS2(i-y)Se2y: поэтапно рассчитаны характеристики Mo1-xWxS2 с х=0...1, а затем Moi-xWxS2(i-y)Se2y с х=0...0,25 иу=1... 2.

3.4. На основе описанного спектрального поглощения MoS2, WS2 и WSe2 представлен расчет коэффициентов поглощения в монослоях Moi-xWxS2(i-y)Se2y. Также представлен максимальный спектральный диапазон энергий, в которых возможно функционирование устройств на основе монослойных Moi-xWxS2(1-y)Se2y.

3.5. Экспериментальные и расчётные спектральные зависимости фототока для фототранзисторов на основе монослоев твёрдых растворов Moi-xWxS2(i-y)Se2y качественно совпадают. Оба спектра фототоков Moi-xWxS2(i-y)Se2y со стехиометрическими коэффициентами х=0,55, у=0,25 и х=0,5, у=0,58 демонстрируют главный пик, отвечающий за прямые оптические переходы в К-точке в зоне Бриллюэна.

Список публикаций с основными результатами диссертации

1. Брехов К.А., Гришунин К.А., Ильин Н.А., Шестакова А.П., Лавров С.Д., Мишина Е.Д. Оптическая диагностика монослоев WSe2 // Письма в ЖТФ. 2017. Т. 43, № 24. С. 46-52. (ВАК, Web of Science, Scopus)

2. Shestakova A.P., Lavrov S.D., Mishina E.D., Efimenkov Y.R. Highly sensitive photodetector based on transition metal dichalcogenides monolayer // 2017 Progress In Electromagnetics Research Symposium - Spring (PIERS). 2017. P. 2845-2847. (ВАК, Web of Science, Scopus)

3. Mishina E.D., Lavrov S.D., Shestakova A.P., Ilyin N.A., Kudryavtsev A. V. Kinetics of photoexcited carriers in WSe2 monolayer under high excitation // 2017 Progress In Electromagnetics Research Symposium - Spring (PIERS). 2017. P. 3375-3377. (ВАК, Web of Science, Scopus)

4. Lavrov S.D., Shestakova A.P., Avdizhiyan A.Y., Abdullaev D.A., Mishina E.D., Sushkevich K.D., Kulyuk L.L. The heterogeneity analysis of two-dimensional Mo(1-x)W(x)S(1-y)Sey alloys by optical methods // Thin Solid Films. 2018. Vol. 651. P. 7-12. (ВАК, Web of Science, Scopus)

5. Shestakova A., Lavrov S., Brekhov K., Ilyin N., Kudryavtsev A., Mishina E.D., Kulyuk L.L. Photoexcitation Carrier Kinetics in WSe2 Nanolayers in the Vicinity of the Band Edge // Phys. status solidi. 2018. Vol. 255, № 1. P. 1700259. (ВАК, Web of Science, Scopus)

6. Лавров С.Д., Шестакова А.П., Авдижиян А.Ю., Мишина Е.Д. Оптическая характеризация дефектности двумерных кристаллитов MoS2 // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44, № 22. С. 19-24. (ВАК, Web of Science, Scopus)

Прочие публикации по теме диссертации:

1. Лавров С.Д., Шестакова А.П., Ефименков Ю.Р. Высокочувствительный фотодетектор на основе монослоев дихалькогенидов переходных металлов // Оптические технологии, материалы и системы. 2016. С. 136139.

2. Авдижиян А.Ю., Лавров С.Д., Шестакова А.П. Моделирование распределения электромагнитного поля в двумерных слоях дихалькогенидов переходных металлов // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2017. Т.2, №1. С.62-65.

3. Шестакова А.П., Лавров С.Д. Высокочувствительный фотодетектор на основе монослоев mos2: технологический процесс // Физическое образование в ВУЗах. 2018. Т.42, №1. С.120-121.

4. Авдижиян А.Ю., Лавров С.Д., Шестакова А.П. Оптические свойства твёрдых растворов дихалькогенидов переходных металлов // Сборник трудов VII международной конференции по фотонике и информационной оптике. 2018. С.74-75.

Статьи, опубликованные в российских и международных рецензируемых журналах, в том числе входящих в базы данных Web of Science и Scopus, и материалы конференций с результатами диссертационной работы:

С1. Лавров С.Д., Шестакова А.П., Авдижиян А.Ю., Мишина Е.Д. Оптическая характеризация дефектности двумерных кристаллитов MoS2 // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44, № 22. С. 19-24.

С2. Брехов К.А., Гришунин К.А., Ильин Н.А., Шестакова А.П., Лавров С.Д., Мишина Е.Д. Оптическая диагностика монослоев WSe2 // Письма в ЖТФ. 2017. Т. 43, № 24. С. 46-52.

С3. Mishina E.D., Lavrov S.D., Shestakova A.P., Ilyin N.A., Kudryavtsev A. V. Kinetics of photoexcited carriers in WSe2 monolayer under high excitation // 2017 Progress In Electromagnetics Research Symposium - Spring (PIERS). 2017. P.3375-3377.

С4. Lavrov S.D., Shestakova A.P., Avdizhiyan A.Y., Abdullaev D.A., Mishina E.D., Sushkevich K.D., Kulyuk L.L. The heterogeneity analysis of two-dimensional

Mo(1-x)W(x)S(1-y)Sey alloys by optical methods // Thin Solid Films. 2018. Vol. 651. P. 7-12.

С5. Shestakova A.P., Lavrov S.D., Mishina E.D., Efimenkov Y.R. Highly sensitive photodetector based on transition metal dichalcogenides monolayer // 2017 Progress In Electromagnetics Research Symposium - Spring (PIERS). 2017. P. 2845-2847.

С6. Shestakova A., Lavrov S., Brekhov K., Ilyin N., Kudryavtsev A., Mishina E.D., Kulyuk L.L. Photoexcitation Carrier Kinetics in WSe2 Nanolayers in the Vicinity of the Band Edge // Phys. status solidi. 2018. Vol. 255, № 1. P. 1700259.

С7. Лавров С.Д., Шестакова А.П., Ефименков Ю.Р. Высокочувствительный фотодетектор на основе монослоев дихалькогенидов переходных металлов // Оптические технологии, материалы и системы. 2016. С. 136139.

С8. Авдижиян А.Ю., Лавров С.Д., Шестакова А.П. Моделирование распределения электромагнитного поля в двумерных слоях дихалькогенидов переходных металлов // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2017. Т.2, №1. С.62-65.

С9. Шестакова А.П., Лавров С.Д. Высокочувствительный фотодетектор на основе монослоев mos2: технологический процесс // Физическое образование в ВУЗах. 2018. Т.42, №1. С.120-121.

С10. Авдижиян А.Ю., Лавров С.Д., Шестакова А.П. Оптические свойства твёрдых растворов дихалькогенидов переходных металлов // Сборник трудов VII международной конференции по фотонике и информационной оптике. 2018. С.74-75.

К1. Shestakova A.P., Lavrov S.D., Mishina E.D. Highly Sensitive Photodetector Based on Monolayer MoS2 // The 18th International Conference on Physics of Light-Matter Coupling in Nanostructures: тезисы докл. (Германия, 13-17 июля 2017 г.).

К2. Features of trion and exciton states of two-dimensional transition metal dichalcogenides alloys // 9th International Conference on Materials Science and Condensed Matter Physics: тезисы докл. (Молдова, 24-28 сентября 2018 г.).

К3. Shestakova A.P., Kudryavtsev A.V., Lavrov S.D., Kulyuk L.L., Mishina E.D. Second harmonic generation in nanoscale films of transition metal dichalcogenide: accounting for multipath interference // 8th International Conference on Materials Science and Condensed Matter Physics: тезисы докл. (Молдова, 12-16 сентября 2016 г.).

К4. Шестакова А.П, Лавров С.Д. Оптические эффекты в двумерных слоях дихалькогенидов переходных металлов // Ломоносов-2016: тезисы докл. (Россия, 11-15 апреля 2016 г.).

К5. Особенности генерации второй гармоники на границах наноразмерных микрокристаллов дихалькогенидов переходных металлов // Международная молодёжная конференция ФизикА.СПб-2015: тезисы докл. (Россия, 14-18 марта 2016 г.).

К6. Шестакова А.П, Лавров С.Д. Высокочувствительный фотодетектор на атомно-тонких слоях дихалькогенидов переходных металлов // Ломоносов-2017: тезисы докл. (Россия, 10-14 апреля 2017 г.).

К7. Мишина Е.Д., Лавров С.Д., Шестакова А.П. Шерстюк Н.Э. Применение методов нелинейной оптики для характеризации свойств наноструктур // XX Международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника»: тезисы докл. (Россия, 13-16 марта 2017 г.).

К8. Мишина Е.Д., Шерстюк Н.Э., Шестакова А.П., Лавров С.Д., Сигов А.С., Кулюк Л. Дефекты в наноразмерных слоях дихалькогенидов переходных металлов // XX Международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника»: тезисы докл. (Россия, 14-18 марта 2016 г.).

К9. Шестакова А.П., Мишина Е.Д., Лавров С.Д. Микроскопия второй оптической гармоники в исследовании политипов наноразмерных по толщине слоев // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения: тезисы докл. (Россия, 1-5 декабря 2015 г.).

К10. Lavrov S.D., Buryakov A.M., Mishina E.D., Brekhov K.A., Ilyin N.A., Shestakova A.P., Avdizhiyan A.Yu. Nonlinear Optical Spectroscopy of Two-Dimensional WSe2 Nanoflakes // Materials Research Society: тезисы докл. (США, 25-30 ноября 2018 г.).

Список цитируемой литературы

1. Jana M.K., Rao C.N.R. Two-dimensional inorganic analogues of graphene: transition metal dichalcogenides // Philos. Trans. R. Soc. A Math. Phys. Eng. Sci. 2016. Vol. 374, № 2076. P. 20150318.

2. Tang W., Rassay S.S., Ravindra N.M. Electronic &amp; Optical properties of Transition-Metal Dichalcogenides // Madridge J. Nanotechnol. Nanosci. 2017. Vol. 2, № 1. P. 58-64.

3. Ahmed S., Yi J. Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides and Their Charge Carrier Mobilities in Field-Effect Transistors // Nano-Micro Lett. 2017. Vol. 9, № 4. P. 50.

4. Roy T., Tosun M., Kang J.S., Sachid A.B., Desai S.B., Hettick M., Hu C.C., Javey A. Field-Effect Transistors Built from All Two-Dimensional Material Components // ACS Nano. 2014. Vol. 8, № 6. P. 6259-6264.

5. Liu Y., Duan X., Huang Y., Duan X. Two-dimensional transistors beyond graphene and TMDCs // Chem. Soc. Rev. 2018. Vol. 47, № 16. P. 6388-6409.

6. Omkaram I., Hong Y.K., Kim S. Transition Metal Dichalcogenide Photodetectors // Two-dimensional Materials for Photodetector. 2018.

7. Pham T., Li G., Bekyarova E., Itkis M.E., Mulchandani A. MoS 2 -Based Optoelectronic Gas Sensor with Sub-parts-per-billion Limit of NO 2 Gas Detection // ACS Nano. 2019. Vol. 13, № 3. P. 3196-3205.

8. Iqbal M.Z., Alam S., Faisal M.M., Khan S. Recent advancement in the performance of solar cells by incorporating transition metal dichalcogenides as counter electrode and photoabsorber // Int. J. Energy Res. 2019. Vol. 43, № 8. P. 3058-3079.

9. Salehzadeh O., Djavid M., Tran N.H., Shih I., Mi Z. Optically Pumped Two-Dimensional MoS 2 Lasers Operating at Room-Temperature // Nano Lett. 2015. Vol. 15, № 8. P. 5302-5306.

10. Wang Q.H., Kalantar-Zadeh K., Kis A., Coleman J.N., Strano M.S. Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides // Nat. Nanotechnol. 2012. Vol. 7, № 11. P. 699-712.

11. Tanjil M.R.-E., Jeong Y., Yin Z., Panaccione W., Wang M.C. Angstrom-Scale, Atomically Thin 2D Materials for Corrosion Mitigation and Passivation // Coatings. 2019. Vol. 9, № 2. P. 133.

12. Singh E., Singh P., Kim K.S., Yeom G.Y., Nalwa H.S. Flexible Molybdenum Disulfide (MoS 2 ) Atomic Layers for Wearable Electronics and Optoelectronics // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019. Vol. 11, № 12. P. 11061-11105.

13. Radisavljevic B., Radenovic A., Brivio J., Giacometti V., Kis A. Single-layer MoS2 transistors // Nat. Nanotechnol. 2011. Vol. 6, № 3. P. 147-150.

14. Lopez-Sanchez O., Lembke D., Kayci M., Radenovic A., Kis A. Ultrasensitive photodetectors based on monolayer MoS2 // Nat. Nanotechnol. 2013. Vol. 8, № 7. P. 497-501.

15. Sotthewes K., van Bremen R., Dollekamp E., Boulogne T., Nowakowski K., Kas D., Zandvliet H.J.W., Bampoulis P. Universal Fermi-Level Pinning in Transition-Metal Dichalcogenides // J. Phys. Chem. C. 2019. Vol. 123, № 9. P.5411-5420.

16. Cao T., Wang G., Han W., Ye H., Zhu C., Shi J., Niu Q., Tan P., Wang E., Liu B., Feng J. Valley-selective circular dichroism of monolayer molybdenum disulphide // Nat. Commun. 2012. Vol. 3, № 1. P. 887.

17. Zhao Y., Luo X., Li H., Zhang J., Araujo P.T., Gan C.K., Wu J., Zhang H., Quek S.Y., Dresselhaus M.S., Xiong Q. Interlayer Breathing and Shear Modes in Few-Trilayer MoS 2 and WSe 2 // Nano Lett. 2013. Vol. 13, № 3. P. 10071015.

18. Rajbanshi B., Sarkar S., Sarkar P. The electronic and optical properties of MoS

2(1-x) Se 2x and MoS 2(1-x) Te 2x monolayers // Phys. Chem. Chem. Phys. 2015. Vol. 17, № 39. P. 26166-26174.

19. Böker T., Severin R., Müller A., Janowitz C., Manzke R., Voß D., Krüger P., Mazur A., Pollmann J. Band structure of MoS2, MoSe2, and a-MoTe2: Angle-resolved photoelectron spectroscopy and ab initio calculations // Phys. Rev. B. 2001. Vol. 64, № 23. P. 235305.

20. Yun W.S., Han S.W., Hong S.C., Kim I.G., Lee J.D. Thickness and strain effects on electronic structures of transition metal dichalcogenides: 2H-MX2 semiconductors (M = Mo, W; X = S, Se, Te) // Phys. Rev. B. 2012. Vol. 85, № 3. P. 033305.

21. Wilson J.A., Yoffe A.D. The transition metal dichalcogenides discussion and interpretation of the observed optical, electrical and structural properties // Adv. Phys. 1969. Vol. 18, № 73. P. 193-335.

22. Fang H., Battaglia C., Carraro C., Nemsak S., Ozdol B., Kang J.S., Bechtel H.A., Desai S.B., Kronast F., Unal A.A., Conti G., Conlon C., Palsson G.K., Martin M.C., Minor A.M., Fadley C.S., Yablonovitch E., Maboudian R., Javey A. Strong interlayer coupling in van der Waals heterostructures built from single-layer chalcogenides // Proc. Natl. Acad. Sci. 2014. Vol. 111, № 17. P. 6198-6202.

23. Unuchek D., Ciarrocchi A., Avsar A., Watanabe K., Taniguchi T., Kis A. Room-temperature electrical control of exciton flux in a van der Waals heterostructure // Nature. 2018. Vol. 560, № 7718. P. 340-344.

24. Wu L., Yang W., Wang G. Mechanism of substrate-induced anisotropic growth of monolayer WS2 by kinetic Monte Carlo simulations // npj 2D Mater. Appl. 2019. Vol. 3, № 1. P. 6.

25. Lavrov S.D., Kudryavtsev A. V., Shestakova A.P., Kulyuk L., Mishina E.D. Second harmonic generation in nanoscale films of transition metal