飞秒激光直写实现二硫化钼薄片的无掩模微/纳米图案化与双极电整流

摘要： 二硫化钼（MoS2）微/纳结构对于调控电子特性、开发所需功能以及提升多层MoS2器件现有性能具有重要意义。本研究提出一种通过飞秒激光脉冲直写技术灵活微加工多层MoS2薄片的有效方法，可直接制备出带隙宽度为179、152、116、98和77纳米的规则MoS2纳米带阵列，并能任意图案化MoS2薄片形成单纳米带、迷宫阵列和交叉结构等微/纳结构。该方法无需掩模、工艺简单，具有高度灵活性、强可控性和高精度特点。此外，激光加工后的MoS2表面因微/纳结构的粗糙缺陷位点和边缘含有大量不饱和边缘位点及高活性中心，通过化学和物理吸附作用附着了大量氧分子。电学测试表明，基于制备的MoS2纳米带阵列构建的场效应晶体管展现出新奇特性：输出特性和转移特性均呈现漏-源电流的强整流效应（非零偏置且双极导通），这归因于平行结构中大量边缘缺陷与氧分子对MoS2纳米带阵列的p型化学掺杂作用。本工作证实了飞秒激光脉冲能直接诱导二维材料的微/纳结构、特性改变及新器件功能，未来有望推动基于MoS2的逻辑电路、互补电路、化学传感器和p-n二极管等电子器件新应用。