Two dimensional (2D) MoS2/ZnS heterojunctions with MoS2 thickness varying from monolayer to bulk have been prepared by sulfurization of a controlled thickness of Mo deposited on the ZnS thin films. Kelvin probe force microscopy measurements on MoS2/ZnS junction having varying thicknesses of MoS2 layers are carried out in the surface and junction modes, under white light exposure. Differences in the surface potential values of the surface and junction modes represent interface photovoltages at heterojunctions. Enhanced interface photovoltage is observed in junctions having the mono and few layer MoS2 in comparison to bulk MoS2 layer. This suggests the active participation of 2D MoS2 layer in photon absorption and charge separation processes taking place close to the junction. The present study is an effort towards the integration of 2D layered materials with 3D semiconductors, which may be advantageous for the development of 2D material based optoelectronic devices.

1.
D.
Wu
,
A. J.
Pak
,
Y.
Liu
,
Y.
Zhou
,
X.
Wu
,
Y.
Zhu
,
M.
Lin
,
Y.
Han
,
Y.
Ren
,
H.
Peng
,
Y.-H.
Tsai
,
G. S.
Hwang
, and
K.
Lai
,
Nano Lett.
15
,
8136
(
2015
).
2.
X.
Chen
,
Z.
Wu
,
S.
Xu
,
L.
Wang
,
R.
Huang
,
Y.
Han
,
W.
Ye
,
W.
Xiong
,
T.
Han
,
G.
Long
,
Y.
Wang
,
Y.
He
,
Y.
Cai
,
P.
Sheng
, and
N.
Wang
,
Nat. Commun.
6
,
6088
(
2015
).
3.
S.
Kim
,
A.
Konar
,
W.-S.
Hwang
,
J. H.
Lee
,
J.
Lee
,
J.
Yang
,
C.
Jung
,
H.
Kim
,
J.-B.
Yoo
,
J.-Y.
Choi
,
Y. W.
Jin
,
S. Y.
Lee
,
D.
Jena
,
W.
Choi
, and
K.
Kim
,
Nat. Commun.
3
,
1011
(
2012
).
4.
K.-K.
Liu
,
W.
Zhang
,
Y.-H.
Lee
,
Y.-C.
Lin
,
M.-T.
Chang
,
C.-Y.
Su
,
C.-S.
Chang
,
H.
Li
,
Y.
Shi
,
H.
Zhang
,
C.-S.
Lai
, and
L.-J.
Li
,
Nano Lett.
12
,
1538
(
2012
).
5.
A.
Kumar
,
R.
Kashid
,
A.
Ghosh
,
V.
Kumar
, and
R.
Singh
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
8
,
8213
(
2016
).
6.
W.
Bao
,
X.
Cai
,
D.
Kim
,
K.
Sridhara
, and
M. S.
Fuhrer
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
042104
(
2013
).
7.
W.
Wu
,
D.
De
,
S.-C.
Chang
,
Y.
Wang
,
H.
Peng
,
J.
Bao
, and
S.-S.
Pei
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
142106
(
2013
).
8.
J. K.
Ellis
,
M. J.
Lucero
, and
G. E.
Scuseria
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
261908
(
2011
).
9.
H. S.
Lee
,
S.-W.
Min
,
Y.-G.
Chang
,
M. K.
Park
,
T.
Nam
,
H.
Kim
,
J. H.
Kim
,
S.
Ryu
, and
S.
Im
,
Nano Lett.
12
,
3695
(
2012
).
10.
M. R.
Islam
,
N.
Kang
,
U.
Bhanu
,
H. P.
Paudel
,
M.
Erementchouk
,
L.
Tetard
,
M. N.
Leuenberger
, and
S. I.
Khondaker
,
Nanoscale
6
,
10033
(
2014
).
11.
F.
Xiong
,
H.
Wang
,
X.
Liu
,
J.
Sun
,
M.
Brongersma
,
E.
Pop
, and
Y.
Cui
,
Nano Lett.
15
,
6777
(
2015
).
12.
L.
Ye
,
S.
Chen
,
W.
Li
,
M.
Pi
,
T.
Wu
, and
D.
Zhang
,
J. Phys. Chem. C
119
,
9560
(
2015
).
13.
C.
Yim
,
M.
Brien
,
N.
McEvoy
,
S.
Winters
,
I.
Mirza
,
J. G.
Lunney
, and
G. S.
Duesberg
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
103114
(
2014
).
14.
M.
Tosun
,
D.
Fu
,
S. B.
Desai
,
C.
Ko
,
J.
Seuk Kang
,
D.-H.
Lien
,
M.
Najmzadeh
,
S.
Tongay
,
J.
Wu
, and
A.
Javey
,
Sci. Rep.
5
,
10990
(
2015
).
15.
I.
Sharma
,
Y.
Batra
, and
B. R.
Mehta
,
J. Appl. Phys.
117
,
245310
(
2015
).
16.
A. K.
Kole
and
P.
Kumbhakar
,
Results Phys.
2
,
150
(
2012
).
17.
K. B.
Lin
and
Y. H.
Su
,
Appl. Phys. B
113
,
351
(
2013
).
18.
M. M.
Islam
,
S.
Ishizuka
,
A.
Yamada
,
K.
Sakurai
,
S.
Niki
,
T.
Sakurai
, and
K.
Akimoto
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
93
,
970
(
2009
).
19.
W. E.
Howard
,
O.
Sahni
, and
P. M.
Alt
,
J. Appl. Phys.
53
,
639
(
1982
).
20.
M.
Kan
,
J. Y.
Wang
,
X. W.
Li
,
S. H.
Zhang
,
Y. W.
Li
,
Y.
Kawazoe
,
Q.
Sun
, and
P.
Jena
,
J. Phys. Chem. C
118
,
1515
(
2014
).
21.
E. S.
Kadantsev
and
P.
Hawrylak
,
Solid. State. Commun.
152
,
909
(
2012
).
22.
N.
Bouguila
,
D.
Bchiri
,
M.
Kraini
,
A.
Timoumi
,
I.
Halidou
,
K.
Khirouni
, and
S.
Alaya
,
J. Mater. Sci.: Mater. Electron.
26
,
9845
(
2015
).
23.
D.
Jariwala
,
T. J.
Marks
, and
M. C.
Hersam
,
Nat. Mater.
16
,
170
(
2017
).
24.
A. K.
Geim
and
I. V.
Grigorieva
,
Nature
499
,
419
(
2013
).
25.
L.
Hao
,
Y.
Liu
,
W.
Gao
,
Z.
Han
,
Q.
Xue
,
H.
Zeng
,
Z.
Wu
,
J.
Zhu
, and
W.
Zhang
,
J. Appl. Phys.
117
,
114502
(
2015
).
26.
L.
Wang
,
J.
Jie
,
Z.
Shao
,
Q.
Zhang
,
X.
Zhang
,
Y.
Wang
,
Z.
Sun
, and
S.-T.
Lee
,
Adv. Funct. Mater.
25
,
2910
(
2015
).
27.
J.
Zhang
,
Z.
Zhu
, and
X.
Feng
,
Chem. Eur. J.
20
,
10632
(
2014
).
28.
R. M.
Clark
,
B. J.
Carey
,
T.
Daeneke
,
P.
Atkin
,
M.
Bhaskaran
,
K.
Latham
,
I. S.
Cole
, and
K.
Kalantar-Zadeh
,
Nanoscale
7
,
16763
(
2015
).
29.
B.
Zhu
,
B.
Lin
,
Y.
Zhou
,
P.
Sun
,
Q.
Yao
,
Y.
Chen
, and
B.
Gao
,
J. Mater. Chem. A
2
,
3819
(
2014
).
30.
A.
Fairbrother
,
V.
Izquierdo-Roca
,
X.
Fontane
,
M.
Ibanez
,
A.
Cabot
,
E.
Saucedo
, and
A.
Perez-Rodriguez
,
CrystEngComm
16
,
4120
(
2014
).
31.
C.
Lee
,
H.
Yan
,
L. E.
Brus
,
T. F.
Heinz
,
J.
Hone
, and
S.
Ryu
,
ACS Nano
4
,
2695
(
2010
).
32.
M. R.
Laskar
,
L.
Ma
,
S.
Kannappan
,
P.
Sung Park
,
S.
Krishnamoorthy
,
D. N.
Nath
,
W.
Lu
,
Y.
Wu
, and
S.
Rajan
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
252108
(
2013
).
33.
G. C. A. M.
Janssen
,
Thin Solid Films
515
,
6654
(
2007
).
34.
J. A.
Thornton
and
D. W.
Hoffman
,
Thin Solid Films
171
,
5
(
1989
).
35.
H.
Li
,
D.
Gao
,
S.
Xie
, and
J.
Zou
,
Sci. Rep.
6
,
36451
(
2016
).
36.
E.
Palacios-Lidón
,
C. R.
Henry
, and
C.
Barth
,
ACS Catal.
4
,
1838
(
2014
).
37.
J. H.
Kim
,
J.
Lee
,
J. H.
Kim
,
C. C.
Hwang
,
C.
Lee
, and
J. Y.
Park
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
251606
(
2015
).
38.
J. B.
Li
,
V.
Chawla
, and
B. M.
Clemens
,
Adv. Mater.
24
,
720
(
2012
).
39.
Z.
Zhang
,
M.
Hetterich
,
U.
Lemmer
,
M.
Powalla
, and
H.
Hölscher
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
023903
(
2013
).
40.
P.
Narchi
,
J.
Alvarez
,
P.
Chrétien
,
G.
Picardi
,
R.
Cariou
,
M.
Foldyna
,
P.
Prod'homme
,
J.-P.
Kleider
, and
P. R. I.
Cabarrocas
,
Nanoscale Res. Lett.
11
,
55
(
2016
).
41.
S.
Prada
,
U.
Martinez
, and
G.
Pacchioni
,
Phys. Rev. B
78
,
235423
(
2008
).
42.
C.
Barth
,
T.
Hynninen
,
M.
Bieletzki
,
C. R.
Henry
,
A. S.
Foster
,
F.
Esch
, and
U.
Heiz
,
New J. Phys.
12
,
093024
(
2010
).
43.
S.
Kundu
and
L. C.
Olsen
,
Thin Solid Films
471
,
298
(
2005
).
44.
A.
Kumar
,
M.
Heilmann
,
M.
Latzel
,
R.
Kapoor
,
I.
Sharma
,
M.
Göbelt
,
S. H.
Christiansen
,
V.
Kumar
, and
R.
Singh
,
Sci. Rep.
6
,
27553
(
2016
).
45.
H. S.
Yoon
,
H.-E.
Joe
,
S.
Jun Kim
,
H. S.
Lee
,
S.
Im
,
B.-K.
Min
, and
S. C.
Jun
,
Sci. Rep.
5
,
10440
(
2015
).
46.
S. M.
Sze
,
Physics of Semiconductor Devices
, 2nd ed. (
Wiley
,
New York
,
1981
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.