Eine Methode zur Untersuchung der Kopplung zwischen Schichten in millimetergroßen Graphen-MoS2-Heterostrukturen
Einer der großen Vorteile von zweidimensionalen (2D) Materialien ist die Möglichkeit, verschiedene Materialien übereinander zu stapeln, um Heterostrukturen mit Eigenschaften zu bilden, die auf bestimmte Anwendungsszenarien zugeschnitten sind. Die Qualität des endgültigen Materialstapels hängt jedoch stark von der elektronischen Kopplung zwischen den verschiedenen Schichten ab. Die zerstörungsfreie Messung dieser Kopplung ist daher ein wichtiger Aspekt der Materialentwicklung. Forscher der AMO GmbH, der RWTH Aachen und der AIXTRON SE haben nun eine auf der Raman-Spektroskopie basierende Methode zur quantitativen Abschätzung der Kopplung zwischen Graphen und Molybdändisulfid (MoS2) in Heterostrukturen bis in den mm2-Bereich entwickelt.
Die Studie konzentrierte sich auf 2D-Materialien, die mit skalierbaren Methoden hergestellt wurden, insbesondere Graphen aus der Gasphasenabscheidung und MoS2 aus der metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung. Die erste Errungenschaft der Arbeit ist die Entwicklung eines Nass-Transfer-Herstellungsverfahrens für Heterostrukturen, die sich über Flächen im mm2-Maßstab erstrecken. Die Heterostrukturen wurden dann systematisch mittels Raman-Spektroskopie untersucht. Die wichtigsten Ergebnisse sind
– Quantitative Analyse: Die Studie demonstriert eine Methode zur Unterscheidung zwischen Regionen mit gekoppelten MoS2/Graphen-Heterostrukturen und Regionen, in denen 2D-Materialien gestapelt, aber nicht elektronisch gekoppelt sind.
– Einfluss des thermisches Ausheilen: Die Methode wurde dann verwendet, um den Einfluss des thermisches Ausheilen auf die Kopplung zwischen Graphen und MoS2 zu untersuchen. Während das thermisches Ausheilen die Bildung eng gekoppelter Heterostrukturen unterstützt, zeigte die Studie, dass unterschiedliche Ausheilen-Parameter keinen signifikanten Einfluss auf die Ergebnisse haben.
– Skalierbarkeit und Variabilität: Durch die Ausweitung der Analyse auf größere Heterostrukturen zeigt die Studie die Variabilität der Kopplungsstärke in verschiedenen Bereichen und unterstreicht die Notwendigkeit einer weiteren Optimierung der Herstellungstechniken.
– Raman-basierte Verfahren: Der vorgeschlagene Ansatz der nicht-destruktiven Raman-Spektroskopie erweist sich als vielversprechendes Werkzeug für die industrielle Umsetzung, das die Bewertung der elektronischen Kopplung in 2D-Materialheterostrukturen in großem Maßstab ermöglicht.
Weitere Informationen und Zugang zur vollständigen Studie finden Sie unter: https://doi.org/10.1016/j.mne.2024.100256.
Bibliographische Angaben
N. Rademacher, E. Reato, L. Völkel, A. Grundmann, M. Heuken, H. Kalisch, A. Vescan, A. Daus, M. C. Lemme,
CVD graphene-MoS2 Van der Waals heterostructures on the millimeter-scale,
Micro and Nano Engineering (2024)
https://doi.org/10.1016/j.mne.2024.100256.
