Veľmi tenké vrstvy MoS2 sú sľubnými kandidátmi na aplikácie v mnohých oblastiach, ako sú napríklad fotovoltaika, fotokatalýza, nanotriboológia, lítiové batérie, hydrogenačná odsírovacia katalýza a suché lubrikanty, najmä vďaka svojim charakteristickým elektronickým, optickým a katalytickým vlastnostiam. Všeobecne sú možné dve možnosti orientácie vrstiev MoS2 – horizontálna (s osou c kolmou na rovinu podložky) a vertikálna (kde je c os rovnobežná s podložkou), ktoré majú rôzne fyzikálno-chemické vlastnosti. Pri príprave týchto materiálov pomocou sulfurizácie molybdénových vrstiev sa počiatočná hrúbka molybdénu ukázala byť kritickým parameterom ovplyvňujúcim konečnú orientáciu vrstiev MoS2. Na rozdiel od štandardných komôr CVD, kde reakcia prebieha v dvojzónovej peci, my používame jednozónová pec, kde máme podložku a síru spolu pri vysokej teplote v strede pece. Cieľom práce bolo štúdium vplyvu ďalších parametrov žíhania na orientáciu vrstiev. Ukázalo sa, že rýchlosť zahrievania je rozhodujúcim parametrom pre rastový mechanizmus, kde rýchla sulfurizácia vedie k rastu vertikálnych vrstiev MoS2 a pomalé odparovanie síry vedie k horizontálnemu rastu dokonca aj pre hrubšie počiatočné vrstvy molybdénu.
GIWAXS recipročné priestorové mapy MoS2 vrstiev pripravených na zafírovej podložke pripravené z 3 nm hrubých vrstiev Mo pri 800 °C počas 30 minút s rýchlosťou zahrievania (a) 25 °C / min, (b) 5 °C / min a (c) 0,5 °C / min. Píky pri -1 A-1 pochádzajú z (002) difrakčných rovín.
Použitá metóda jednozónej sulfurizácie navyše umožnila rast MoS2 na povrchu CVD diamantových vrstiev. Výsledkom tohto nášho experimentálneho návrhu je prostredie bohaté na síru počas procesu a difúzia síry do molybdénu pri teplotách nižších, ako sú teploty potrebné na tvorbu karbidu molybdénu bráni jeho tvorbe na rozhraní Mo-diamant. Toto zistenie môže otvoriť cestu pre rast MoS2 vrstiev na substrátoch, ktoré sú inak citlivé na chemickú reakciu s molybdénom. Takisto sme ukázali, že je možný horizontálny a vertikálny rast vrstiev MoS2, v závislosti od hrúbky Mo vrstvy tak ako v prípade neštrukturovaných podložiek. Kombinácia jedinečných diamantových vlastností a ultra tenkých vrstiev MoS2 s laditeľná kryštalografickou orientáciou môže ponúkať materiálové vlastnosti relevantné pre široké spektrum aplikácií.
SEM obrázky vrstiev MoS2 pripravených z (a) 1 nm, (b) 3 nm a (c, d) 6 nm Mo vrstiev na mikrokryštalickom CVD diamantovom substráte. V (d) sú stojace vločky MoS2 viditeľné na okraji kryštálu diamantu.
Výstupy:
Sojková, M., Végso, K., Mrkývkova, N., Hagara, J., Hutár, P., Rosová, A., Čaplovičová, M., Ludacka, U., Skákalová, V., Majková, E., Šiffalovič, P., and Hulman, M.: Tuning the orientation of few-layer MoS2 films using one-zone sulfurization, RSC Adv. 9 (2019) 29645-29651. IF 3.049, Q SJR 1
Sojková, M., Šiffalovič, P., Babchenko, O., Vanko, G., Dobročka, E., Hagara, J., Mrkývková, N., Majková, E., Ižák, T., Kromka, A., and Hulman, M.: Carbide-free one-zone sulfurization method grows thin MoS2 layers on polycrystalline CVD diamond, Sci Rep. 9 (2019) 2001. IF 4.011, Q SJR 1