Influence of Rhenium Concentration on Charge Doping and Defect Formation in MoS2

掺杂剂 材料科学 兴奋剂 化学物理 激子 光致发光 载流子 光电子学 带隙 凝聚态物理 化学 物理 冶金
作者
Kyle T. Munson,Riccardo Torsi,Fatimah Habis,Lysander Huberich,Yu‐Chuan Lin,Yue Yuan,Ke Wang,Bruno Schuler,Yuanxi Wang,John B. Asbury,Joshua A. Robinson
出处
期刊:Advanced electronic materials [Wiley]
卷期号:11 (3) 被引量:12
标识
DOI:10.1002/aelm.202400403
摘要

Abstract Substitutionally doped transition metal dichalcogenides (TMDs) are essential for advancing TMD‐based field effect transistors, sensors, and quantum photonic devices. However, the impact of local dopant concentrations and dopant–dopant interactions on charge doping and defect formation within TMDs remains underexplored. Here, a breakthrough understanding of the influence of rhenium (Re) concentration is presented on charge doping and defect formation in MoS 2 monolayers grown by metal–organic chemical vapor deposition (MOCVD). It is shown that Re‐MoS 2 films exhibit reduced sulfur‐site defects, consistent with prior reports. However, as the Re concentration approaches ⪆2 atom%, significant clustering of Re in the MoS 2 is observed. Ab Initio calculations indicate that the transition from isolated Re atoms to Re clusters increases the ionization energy of Re dopants, thereby reducing Re‐doping efficacy. Using photoluminescence (PL) spectroscopy, it is shown that Re dopant clustering creates defect states that trap photogenerated excitons within the MoS 2 lattice, resulting in broad sub‐gap emission. These results provide critical insights into how the local concentration of metal dopants influences carrier density, defect formation, and exciton recombination in TMDs, offering a novel framework for designing future TMD‐based devices with improved electronic and photonic properties.
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