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Jul 11, 2023

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Scientific Reports volume 6, Numéro d'article : 20343 (2016) Citer cet article 10 000 accès à 225 citations Détails des mesures Le film bidimensionnel en bisulfure de tungstène semi-conducteur (WS2) présente

Scientific Reports volume 6, Numéro d'article : 20343 (2016) Citer cet article

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Le film bidimensionnel de disulfure de tungstène semi-conducteur (WS2) présente de grandes perspectives prometteuses dans les applications photoélectriques en raison de sa propriété de conversion photoélectrique unique. Ici, dans cet article, nous rapportons la fabrication simple et évolutive de films WS2 homogènes, de grande taille et transférables avec des dizaines de nanomètres d'épaisseur par pulvérisation magnétron et processus de post-recuit. Les films WS2 produits à faible résistance (4,2 kΩ) sont utilisés pour fabriquer des photodétecteurs sensibles à large bande dans la région ultraviolette-visible. Les photodétecteurs présentent d'excellentes propriétés de photoréponse, avec une réactivité élevée de 53,3 A/W et une détectivité élevée de 1,22 × 1011 Jones à 365 nm. La stratégie décrite ouvre une nouvelle voie vers la croissance à grande échelle de films WS2 transférables et uniformes de haute qualité pour diverses applications importantes, notamment les photodétecteurs haute performance, les cellules solaires, les cellules photoélectrochimiques, etc.

L’isolation réussie du graphène du graphite a attiré beaucoup d’attention en raison de ses propriétés électriques et mécaniques attrayantes1,2 et de son grand potentiel dans les applications électroniques et photoniques avancées3,4,5,6,7,8. Cependant, la bande interdite nulle du graphène limite son application en optoélectronique. Récemment, l’émergence de dichalcogénures de métaux de transition (TMD) bidimensionnels (2D) de type graphène a très bien remédié à l’inconvénient de la bande interdite nulle et a attiré une attention considérable en raison de ses propriétés semi-conductrices et de son potentiel pour diverses applications optiques, électriques et photoélectriques9,10. ,11,12. WS2 et MoS2 sont les deux TMD les plus typiques avec une structure en couches constituée d'unités atomiques tricouches SW/Mo-S . Comparé au MoS2, le WS2 présente une stabilité thermique plus élevée et une plage de températures de fonctionnement plus large15, possédant une bande interdite contrôlable allant de 1,4 à 2,1 eV en fonction de la structure de couche appropriée11,16, conduisant à une large bande d'absorption UV-Visible (UV-Vis). En outre, WS2 aurait une forte absorbance allant jusqu'à 5 à 10 % de la lumière solaire incidente dans une épaisseur d'environ 1 nm, un ordre de grandeur supérieur à GaAs et Si17, montrant un grand potentiel pour la photocatalyse, les cellules solaires et une haute réactivité. Applications des photodétecteurs UV-Vis.

La préparation d’un film mince WS2 uniforme de grande surface est l’étape la plus fondamentale pour la fabrication de divers dispositifs. Les films WS2 peuvent être préparés selon des méthodes descendantes ou ascendantes. La méthode descendante par exfoliation mécanique ou chimique à partir de la forme des cristaux en vrac a du mal à contrôler la taille et l’épaisseur et à obtenir des films WS2 uniformes18,19,20. Parmi les méthodes ascendantes, le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) peut généralement produire des films 2D monocristallins de grande surface, tels que le graphène monocouche21, mais pour les TMD (MoS2, WS2), il n'y a eu aucun rapport sur la préparation à l'échelle d'une tranche. films monocristallins par la méthode CVD, à l'exception de la préparation de MoS2 triangulaire de taille micrométrique et WS222,23,24. En ce qui concerne la préparation de films TMD polycristallins, la méthode de dépôt par pulvérisation magnétron s'est avérée meilleure que la méthode CVD en raison de sa simplicité, de son faible coût, de sa vitesse de production élevée et de son évolutivité.

Dans ce travail, une méthode de pulvérisation magnétron faciale et évolutive a été utilisée pour fabriquer le film polycristallin WS2 continu transférable de taille centimétrique avec une épaisseur d'environ 25,2 nm, qui est ensuite utilisé pour produire des photodétecteurs UV-Vis haute performance, montrant d'excellentes propriétés de photo-réponse de la région ultraviolette à visible (365-650 nm), telle qu'une réactivité élevée (53,3 A/W), une détectivité élevée (jusqu'à ≈1011 Jones) à 365 nm. Par conséquent, on s’attend à ce que ces films WS2 transférables de grande surface de haute qualité aient de grandes applications potentielles non seulement dans les photodétecteurs mais également dans d’autres dispositifs fonctionnels photoélectriques.