Low temperature atomic layer deposition (ALD) of monolayer to few layer MoS2 uniformly across 150 mm diameter SiO2/Si and quartz substrates is demonstrated. Purge separated cycles of MoCl5 and H2S precursors are used at reactor temperatures of up to 475 °C. Raman scattering studies show clearly the in-plane (E12g) and out-of-plane (A1g) modes of MoS2. The separation of the E12g and A1g peaks is a function of the number of ALD cycles, shifting closer together with fewer layers. X-ray photoelectron spectroscopy indicates that stoichiometry is improved by postdeposition annealing in a sulfur ambient. High resolution transmission electron microscopy confirms the atomic spacing of monolayer MoS2 thin films.

1.
Q. H.
Wang
,
K.
Kalantar-Zadeh
,
A.
Kis
,
J. N.
Coleman
, and
M. S.
Strano
,
Nat. Nanotechnol.
7
,
699
(
2012
).
2.
A. K.
Geim
and
I. V.
Grigorieva
,
Nature
499
,
419
(
2013
).
3.
M.
Chhowalla
,
H. S.
Shin
,
G.
Eda
,
L.
Li
,
K. P.
Loh
, and
H.
Zhang
,
Nat. Chem.
5
,
263
(
2013
).
4.
A. Y. S.
Eng
,
A.
Ambrosi
,
Z.
Sofer
,
P.
Simek
, and
M.
Pumera
,
ACS Nano
8
,
12185
(
2014
).
5.
6.
X.
Huang
,
Z.
Zeng
, and
H.
Zhang
,
Chem. Soc. Rev.
42
,
1934
(
2013
).
7.
W.
Zhu
,
T.
Low
,
Y.
Lee
,
H.
Wang
,
D. B.
Farmer
,
J.
Kong
,
F.
Xia
, and
P.
Avouris
,
Nat. Commun.
5
,
3087
(
2014
).
8.
B.
Radisavljevic
,
A.
Radenovic
,
J.
Brivio
,
V.
Giacometti
, and
A.
Kis
,
Nat. Nanotechnol.
6
,
147
(
2011
).
9.
M.
Tsai
,
S.
Su
,
J.
Chang
,
D.
Tsai
,
C.
Chen
,
C.
Wu
,
L.
Li
,
L.
Chen
, and
J.
He
,
ACS Nano
8
,
8317
(
2014
).
11.
G.
Eda
,
H.
Yamaguchi
,
D.
Voiry
,
T.
Fujita
,
M.
Chen
, and
M.
Chhowalla
,
Nano Lett.
11
,
5111
(
2011
).
12.
Y.
Li
,
H.
Wang
,
W. L.
Xie
,
Y.
Liang
,
G.
Hong
, and
H.
Dai
,
J. Am. Chem. Soc.
133
,
7296
(
2011
).
13.
S.
Shin
,
Z.
Jin
,
D. H.
Kwon
,
R.
Bose
, and
Y.
Min
,
Langmuir
31
,
1196
(
2015
).
14.
K.
Kang
,
S.
Xie
,
L.
Huang
,
Y.
Han
,
P. Y.
Huang
,
K. F.
Mak
,
C.
Kim
,
D.
Muller
, and
J.
Park
,
Nature
520
,
656
(
2015
).
15.
Y.
Yu
,
C.
Li
,
Y.
Liu
,
L.
Su
,
Y.
Zhang
, and
L.
Cao
,
Sci. Rep.
3
,
1866
(
2013
).
16.
S.
Najmaei
 et al,
Nat. Mater.
12
,
754
(
2013
).
17.
X.
Ling
,
Y.
Lee
,
Y.
Lin
,
W.
Fang
,
L.
Yu
,
M. S.
Dresselhaus
, and
J.
Kong
,
Nano Lett.
14
,
464
(
2014
).
18.
V.
Miikkulainen
,
M.
Leskela
,
M.
Ritala
, and
R. L.
Puurunen
,
J. Appl. Phys.
113
,
021301
(
2013
).
19.
L. K.
Tan
,
B.
Liu
,
J. H.
Teng
,
S.
Guo
,
H. Y.
Low
, and
K. P.
Loh
,
Nanoscale
6
,
10584
(
2014
).
20.
Z.
Jin
,
S.
Shin
,
D. H.
Kwon
,
S.
Han
, and
Y.
Min
,
Nanoscale
6
,
14453
(
2014
).
21.
D. K.
Nandi
,
U. K.
Sen
,
D.
Choudhury
,
S.
Mitra
, and
S. K.
Sarkar
,
Electrochim. Acta
146
,
706
(
2014
).
22.
N. P.
Dasgupta
,
J. F.
Mack
,
M. C.
Langston
,
A.
Bousetta
, and
F. B.
Prinz
,
Rev. Sci. Instrum.
81
,
044102
(
2010
).
23.
S. W.
Smith
,
C.
Beusch
,
D. J.
Matthews
,
J.
Simonsen
, and
J. F.
Conley
, Jr.
,
J. Vac. Sci. Technol., A
32
,
041508
(
2014
).
24.
C.
Lee
,
H.
Yan
,
L. E.
Brus
,
T. F.
Heinz
,
J.
Hone
, and
S.
Ryu
,
ACS Nano
4
,
2695
(
2010
).
25.
H.
Li
,
Q.
Zhang
,
C. C. R.
Yap
,
B. K.
Tay
,
T. H. T.
Edwin
,
A.
Olivier
, and
D.
Baillargeat
,
Adv. Funct. Mater.
22
,
1385
(
2012
).
26.
K. F.
Mak
,
C.
Lee
,
J.
Hone
,
J.
Shan
, and
T. F.
Heinz
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
136805
(
2010
).
27.
A.
Splendiani
,
L.
Sun
,
Y. B.
Zhang
,
T. S.
Li
,
J.
Kim
,
C. Y.
Chim
,
G.
Galli
, and
F.
Wang
,
Nano Lett.
10
,
1271
(
2010
).
28.
N.
Kang
,
H. P.
Paudel
,
M. N.
Leuenberger
,
L.
Tetard
, and
S. I.
Khondaker
,
J. Phys. Chem. C
118
(36),
21258
(
2014
).
29.
H. E.
Swanson
,
N. T.
Gilfrich
, and
G. M.
Ugrinic
, “Standard x-ray diffraction powder patterns,” in NBS Circular No. 539 (
1955
), Vol. 5, available at http://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=mdp.39015011413997;view=1up;seq=51.
You do not currently have access to this content.