General synthesis of two-dimensional van der Waals heterostructure arrays

异质结 范德瓦尔斯力 单层 纳米技术 过渡金属 二硒化钨 石墨烯 双层 物理 成核 光电子学 材料科学 化学 量子力学 分子 热力学 生物化学 催化作用
作者
Jia Li,Yang Xiang-Dong,Yang Liu,Bolong Huang,Ruixia Wu,Zhengwei Zhang,Bei Zhao,Huifang Ma,Weiqi Dang,Zheng Wei,Kai Wang,Zhaoyang Lin,Xingxu Yan,Mingzi Sun,Bo Li,Xiaoqing Pan,Jun Luo,Guangyu Zhang,Yuan Liu,Yu Huang
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:579 (7799): 368-374 被引量:584
标识
DOI:10.1038/s41586-020-2098-y
摘要

Two-dimensional van der Waals heterostructures (vdWHs) have attracted considerable interest1–4. However, most vdWHs reported so far  are created by an arduous micromechanical exfoliation and manual restacking process5, which—although versatile for proof-of-concept demonstrations6–16 and fundamental studies17–30—is clearly not scalable for practical technologies. Here we report a general synthetic strategy for two-dimensional vdWH arrays between metallic transition-metal dichalcogenides (m-TMDs) and semiconducting TMDs (s-TMDs). By selectively patterning nucleation sites on monolayer or bilayer s-TMDs, we precisely control the nucleation and growth of diverse m-TMDs with designable periodic arrangements and tunable lateral dimensions at the predesignated spatial locations, producing a series of vdWH arrays, including VSe2/WSe2, NiTe2/WSe2, CoTe2/WSe2, NbTe2/WSe2, VS2/WSe2, VSe2/MoS2 and VSe2/WS2. Systematic scanning transmission electron microscopy studies reveal nearly ideal vdW interfaces with widely tunable moire superlattices. With the atomically clean vdW interface, we further show that the m-TMDs function as highly reliable synthetic vdW contacts for the underlying WSe2 with excellent device performance and yield, delivering a high ON-current density of up to 900 microamperes per micrometre in bilayer WSe2 transistors. This general synthesis of diverse two-dimensional vdWH arrays provides a versatile material platform for exploring exotic physics and promises a scalable pathway to high-performance devices. A general strategy for the synthesis of two-dimensional van der Waals heterostructure arrays is used to produce high-performance electronic devices, showing the potential of this scalable approach for practical technologies.
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