Grain- and Grain Boundary-Featured Etching in Highly Crystalline MoS2 Islands

材料科学 晶界 蚀刻(微加工) 纳米技术 工程物理 矿物学 复合材料 微观结构 图层(电子) 工程类 化学
作者
Linfeng Li,Rongnan Wang,Pengcheng Wang,Ying Zhang,Qi Chen,Tianyu Sun,Yuhang Zhang,Haili Guo,Bo Zhang,Dejun Li,Birong Luo
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (36): 51053-51061
标识
DOI:10.1021/acsami.5c13535
摘要

This study systematically investigates the anisotropic etching behaviors and mechanisms of chemical vapor deposited (CVD) molybdenum disulfide (MoS2) islands correlating with various crystal structures. The intra- and intergrain anisotropic oxygen etching in highly crystalline MoS2 islands results in grain- and grain boundary (GB)-dependent etching characteristics. More importantly, time-resolved etching for these grains and GBs is conducted to investigate the etching process and dynamics of different types of crystal structural features. The tilt boundary (TB) structure is found to be the most reactive to oxygen, followed by vacancy and finally mirror twin boundary (MB), leading to the largest relative etching rate (ve) of TB for both etching initialization ((3 ± 0.1)% min-1) and a stabilization phase ((1.97 ± 0.31)% min-1) based on a 100 μm2 area. Density functional theory (DFT) calculations reveal that MB, vacancy, and TB structures exhibit reduced Mo-S bonding strength and increased chemical reactivity of oxygen absorption for etching, causing exclusive etching dynamic features at these inherent structural imperfections. These findings reveal significant anisotropic etching mechanisms of transition metal dichalcogenides (TMDs) correlating with various crystal micro/nanostructures derived from CVD growth, which would shed light on engineering functional applications in areas such as electrocatalysis and optoelectronics.
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