利用激光减薄多层二硫化钼制备单层样品

2008年石墨烯的发现掀起了二维材料研究的热潮，2011年高性能单层二硫化钼晶体管的制备掀起了二维半导体材料研究热潮，大家开始对二维材料有了更多的期待。随后几年，很多基于二硫化钼的经典文章发表出来，它们构建了现有二维半导体材料的基础的理论和实验体系。说这么多是因为这次要和大家介绍的这篇文章年代略久远，发表于2012年，文章研究的核心点是利用激光减薄多层二硫化钼制备单层样品。

图1 机械剥离二硫化钼样品激光处理前后的显微镜图以及AFM表征

文章所用的激光光源为Renishaw in via RM 2000拉曼光谱仪，激光波长514 nm。当激光功率为10 mW，扫描步进为400 nm，曝光时间为0.1 s时可以实现对20层及以下的二硫化钼进行减薄至单层，且Z-扫描比光栅扫描得到的样品更为均匀，效果更好。

图2 不同层MoS2样品拉曼表征结果比较

图3 不同层MoS2样品PL表征结果比较

激光加工的单层MoS2样品的拉曼峰值差要略大于机械剥离的单层MoS2样品，这是因为激光加工会在MoS2样品表面存在一些样品残留，激光加工样品的AFM测试的粗糙度更高也是这个原因。不知道能否通过一些清洗or其他的程序得到改善。此外，拉曼加工的速度可以达到8 μm2/min。

图4 机械剥离与激光加工单层MoS2晶体管性能对比

制备的晶体管性能几乎一致，开关比在103左右，用来验证激光加工的单层MoS2样品质量和机械剥离的差距不大。这里器件开关比差的原因主要是因为没有优化接触，且栅电压扫描范围小。这种情况下机械剥离制备的单层MoS2晶体管性能处于比较差的水平，我认为是比较难看出激光加工出的MoS2样品的实际质量，就很难准确判断和机械剥离样品之间的差距。

图5 激光功率对减薄的影响

从实验中我们可以看到，激光功率的变化对应于二硫化钼层数的变化是非线性的，至少这个实验下是这样的结果。也就是激光功率在10-17 mW之间，都可以实现多层MoS2样品的减薄，选功率小的是减少损伤；激光功率大于17 mW，二硫化钼样品将会被激光直接切割。激光功率<10 mW的情况没有做特别的说明，笔者也没有搜集更多的资料，感兴趣的小伙伴可以去查看下其他引用文献的相关成果。

审核编辑：刘清