Химия и межфазная структура, способствующие квази-вандерваальсовой эпитаксиальной росту нанопластин WS2 на сапфире для перспективного применения в полевых транзисторах

Каким образом химические и структурные модификации поверхности поддерживающего кристалла влияют на последующий вандерваальсовый (vdW) или квази (Q)-vdW эпитаксиальный рост двумерных нанокристаллов? Разработка атомно-масштабной картины такой межфазной системы имеет решающее значение для понимания её влияния на физические и химические свойства поддерживаемых 2D материалов. Выяснение межфазной структуры и химии, необходимых для стимулирования Q-vdW эпитаксиального роста 2D дисульфида вольфрама (WS2) нанокристаллов, вносит вклад в понимание механизма роста и способствует интеграции этих атомарно тонких полупроводников в реальные полевые транзисторы. В дополнение к обзорной атомно-силовой микроскопии мы демонстрируем комбинацию рентгеновских методов для всестороннего изучения сложности погребённых межфазных структур. Этот подход использует рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию, возбуждённую рентгеновой стоячей волной рентгеновскую флуоресценцию и рассеяние по стержням среза кристалла (crystal truncation rod), чтобы получить высокоразрешающую химически- и состояниеспецифичную трёхмерную атомную карту расширенной межфазной структуры WS2/α-Al2O3(001). Применяя эти детальные методы анализа вместе с теорией функционала плотности для дальнейшей уточнённой пико-масштабной структуры, мы показываем, как два различных вида инженерии интерфейса на этапе предроста приводят к существенным различиям в химических и структурных модификациях терминальной поверхности c-гранейного сапфира, что, в свою очередь, приводит к существенным различиям в субмонослойной росте поддерживаемых 2D нанокристаллов WS2 по размерам латеральных доменов, эпитаксиальной регистровке, vdW-зазорам и устойчивости.