ACS Nano：晶圆级可扩展的单层非晶态三氧化钼

Nanoyu

2022-02-23

三氧化钼（MoO₃）是一种重要的过渡金属氧化物（TMO），由于其在催化、能量和数据存储、电致变色器件和传感器等现有和新兴技术中的潜力，在过去的几十年里得到了广泛的研究。最近，人们对二维(2D)材料的兴趣与日俱增，与块体材料相比，2D材料往往具有丰富的有趣的性质和功能，这导致了对2D MoO₃的研究。然而，大面积2D（单到几个原子层厚度）MoO3仍有待开发。

近日，得克萨斯大学奥斯汀分校Deji Akinwande报道了一种基于UV−臭氧（一种适合于保持材料完整性的温和氧化过程）的方法，将2D MoS₂晶体逐层精确地转化为2D非晶态MoO₃。这种低温（∼120 °C）、简单（工艺时间∼30 min）的转换方法也可扩展到整个晶圆。均匀的多晶单层MoS₂成功转变为均匀连续的非晶单分子层MoO₃。

文章要点

1）研究人员利用阴极发光光谱(CL)、X射线光电子能谱(XPS)、电子能量损失谱(EEL)、扫描透射电子显微镜(STEM)和原子力显微镜(AFM)等多种光谱和显微技术，系统地研究了单层膜的结构、化学、光学和电学性质。XPS研究证实了Mo⁶⁺以Mo⁴⁺的演化，表明2D MoS₂转变为MoO₃，而环状暗场(ADF)-STEM研究发现MoO₃膜是非晶态的。另外，用空间分辨EEL光谱对薄膜横截面的原子能级研究表明，O 2p与Mo 4d发生了杂化，这可能是由于MoO₃的形成。

2）值得注意的是，拉曼光谱、原子力显微镜扫描和化学发光测量结果显示，研究人员成功制备了均匀的、超平坦的(粗糙度为0.30 nm)和均匀的单分子膜(厚度为0.70 nm)，禁带宽度为∼3.1 eV。

3）研究人员随后在原子薄的MoO₃薄膜上制备了忆阻器器件，观察到了非挥发性的电阻开关现象。这种最薄的存储器件还提供低电压操作(<1 V)、高通断比(>10⁷)和免成形开关，所有这些对于高能效存储和神经形态计算至关重要。

参考文献

Md Hasibul Alam, et al, Wafer-Scalable Single-Layer Amorphous Molybdenum Trioxide, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.1c07705

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c07705