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Highly Oriented Atomically Thin Ambipolar MoSe2

Résumé

Transition metal dichalcogenides (TMDCs), together with other two-dimensional (2D) materials, have attracted great interest due to the unique optical and electrical properties of atomically thin layers. In order to fulfill their potential, developing large-area growth and understanding the properties of TMDCs have become crucial. Here, we have used molecular beam epitaxy (MBE) to grow atomically thin MoSe2 on GaAs(111)B. No intermediate compounds were detected at the interface of as-grown films. Careful optimization of the growth temperature can result in the growth of highly aligned films with only two possible crystalline orientations due to broken inversion symmetry. As-grown films can be transferred onto insulating substrates, allowing their optical and electrical properties to be probed. By using polymer electrolyte gating, we have achieved ambipolar transport in MBE-grown MoSe2. The temperature-dependent transport characteristics can be explained by the 2D variable-range hopping (2D-VRH) model, indicating that the transport is strongly limited by the disorder in the film.

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Épitaxie par jet moléculaire
L'épitaxie par jets moléculaires (ou MBE pour Molecular Beam Epitaxy) est une technique consistant à envoyer un ou plusieurs jets moléculaires vers un substrat préalablement choisi pour réaliser une croissance épitaxiale. Elle permet de faire croître des échantillons nanostructurés de plusieurs à une vitesse d'environ une monocouche atomique par seconde.
Épitaxie
L'épitaxie est une technique de croissance orientée, l'un par rapport à l'autre, de deux cristaux possédant un certain nombre d'éléments de symétrie communs dans leurs réseaux cristallins. On distingue l'homo-épitaxie, qui consiste à faire croître un cristal sur un cristal de nature chimique identique, et l'hétéro-épitaxie, dans laquelle les deux cristaux sont de natures chimiques différentes. Étymologiquement, « épi » en grec signifie « sur » et « taxis », « arrangement ».
Épitaxie en phase vapeur aux organométalliques
L'épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (EPVOM, aussi connue sous les acronymes anglophones MOVPE — metalorganic vapor phase epitaxy ou MOCVD — metalorganic chemical vapor deposition, terme plus général) est une technique de croissance cristalline dans laquelle les éléments à déposer, sous forme d'organométalliques ou d'hydrures, sont amenés vers le substrat monocristallin par un gaz vecteur. Cette technique de croissance est particulièrement prisée dans l'industrie des semi-conducteurs III-V en raison de la bonne reproductibilité et des fortes vitesses de croissance accessibles.
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