Synthesis of WS2xSe2-2x Alloy Nanosheets with Composition-Tunable Electronic Properties

Nano Letters

Volumn 16, Issue 1, 2016, Pages 264-269

  Duan, Xidong ^a   Wang, Chen ^c   Fan, Zheng ^c   Hao, Guolin ^c   Kou, Liangzhi ^e   Halim, Udayabagya ^c   Li, Honglai ^b   Wu, Xueping ^b   Wang, Yicheng ^b   Jiang, Jianhui ^a   Pan, Anlian ^a,b   Huang, Yu ^c,d   Yu, Ruqin ^a,b   Duan, Xiangfeng ^c,d  

^a Chem Chem Eng Coll Hunan U   (China)

^b HUNAN UNIVERSITY   (China)

^c Department of Materials Science and Engineering ^*  (China)

^d UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^e QUEENSLAND UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (Australia)

Author keywords

band gap engineering; field effect transistor; Layered materials; semiconductor alloy; threshold voltage; transition metal dichalcogenide

Indexed keywords

ALLOYING; DOPING (ADDITIVES); ELECTRIC FIELD EFFECTS; ELECTRONIC PROPERTIES; ENERGY GAP; FIELD EFFECT TRANSISTORS; NANOSHEETS; OPTICAL PROPERTIES; THRESHOLD VOLTAGE; TRANSITION METALS; TUNGSTEN COMPOUNDS;

BAND GAP ENGINEERING; CHEMICAL COMPOSITIONS; DEVICE CHARACTERISTICS; LAYERED MATERIAL; LAYERED TRANSITION METAL DICHALCOGENIDES; N-DOPED SEMICONDUCTOR; OPTICAL AND ELECTRONIC PROPERTIES; TRANSITION METAL DICHALCOGENIDES;

SEMICONDUCTOR ALLOYS;

EID: 84957552843     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b03662     Document Type: Article

References (73)

1. Chhowalla, M.; Shin, H. S.; Eda, G.; Li, L. J.; Loh, K. P.; Zhang, H. Nat. Chem. 2013, 5 (4) 263-275 10.1038/nchem.1589
2. Coleman, J. N.; Lotya, M.; O'Neill, A.; Bergin, S. D.; King, P. J.; Khan, U.; Young, K.; Gaucher, A.; De, S.; Smith, R. J.; Shvets, I. V.; Arora, S. K.; Stanton, G.; Kim, H. Y.; Lee, K.; Kim, G. T.; Duesberg, G. S.; Hallam, T.; Boland, J. J.; Wang, J. J.; Donegan, J. F.; Grunlan, J. C.; Moriarty, G.; Shmeliov, A.; Nicholls, R. J.; Perkins, J. M.; Grieveson, E. M.; Theuwissen, K.; McComb, D. W.; Nellist, P. D.; Nicolosi, V. Science 2011, 331 (6017) 568-571 10.1126/science.1194975
3. Novoselov, K. S.; Jiang, D.; Schedin, F.; Booth, T. J.; Khotkevich, V. V.; Morozov, S. V.; Geim, A. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102 (30) 10451-10453 10.1073/pnas.0502848102
4. Butler, S. Z.; Hollen, S. M.; Cao, L. Y.; Cui, Y.; Gupta, J. A.; Gutierrez, H. R.; Heinz, T. F.; Hong, S. S.; Huang, J. X.; Ismach, A. F.; Johnston-Halperin, E.; Kuno, M.; Plashnitsa, V. V.; Robinson, R. D.; Ruoff, R. S.; Salahuddin, S.; Shan, J.; Shi, L.; Spencer, M. G.; Terrones, M.; Windl, W.; Goldberger, J. E. ACS Nano 2013, 7 (4) 2898-2926 10.1021/nn400280c
5. Huang, X.; Zeng, Z. Y.; Zhang, H. Chem. Soc. Rev. 2013, 42 (5) 1934-1946 10.1039/c2cs35387c
6. Zhang, H. ACS Nano 2015, 9 (10) 9451-94659 10.1021/acsnano.5b05040
7. Kuc, A.; Heine, T.; Kis, A. MRS Bull. 2015, 40 (07) 577-584 10.1557/mrs.2015.143
8. Cao, L. MRS Bull. 2015, 40 (07) 592-599 10.1557/mrs.2015.144
9. Shi, Y.; Zhang, H.; Chang, W.-H.; Shin, H. S.; Li, L.-J. MRS Bull. 2015, 40 (07) 566-576 10.1557/mrs.2015.121
10. Amin, B.; Singh, N.; Schwingenschlögl, U. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2015, 92 (7) 075439 10.1103/PhysRevB.92.075439
11. Chia, X.; Eng, A. Y. S.; Ambrosi, A.; Tan, S. M.; Pumera, M. Chem. Rev. 2015, 115 (21) 11941-11966 10.1021/acs.chemrev.5b00287
12. Schmidt, H.; Giustiniano, F.; Eda, G. Chem. Soc. Rev. 2015, 44 (21) 7715-7736 10.1039/C5CS00275C
13. Duan, X.; Wang, C.; Pan, A.; Yu, R.; Duan, X. Chem. Soc. Rev. 2015, 10.1039/C5CS00507H
14. Liu, K. K.; Zhang, W. J.; Lee, Y. H.; Lin, Y. C.; Chang, M. T.; Su, C.; Chang, C. S.; Li, H.; Shi, Y. M.; Zhang, H.; Lai, C. S.; Li, L. J. Nano Lett. 2012, 12 (3) 1538-1544 10.1021/nl2043612
15. Mak, K. F.; Lee, C.; Hone, J.; Shan, J.; Heinz, T. F. Phys. Rev. Lett. 2010, 105 (13) 136805 10.1103/PhysRevLett.105.136805
16. Zhou, H. L.; Wang, C.; Shaw, J. C.; Cheng, R.; Chen, Y.; Huang, X. Q.; Liu, Y.; Weiss, N. O.; Lin, Z. Y.; Huang, Y.; Duan, X. F. Nano Lett. 2015, 15 (1) 709-713 10.1021/nl504256y
17. Wang, Q. H.; Kalantar-Zadeh, K.; Kis, A.; Coleman, J. N.; Strano, M. S. Nat. Nanotechnol. 2012, 7 (11) 699-712 10.1038/nnano.2012.193
18. Chhowalla, M.; Liu, Z. F.; Zhang, H. Chem. Soc. Rev. 2015, 44 (9) 2584-2586 10.1039/C5CS90037A
19. Dang, W. H.; Peng, H. L.; Li, H.; Wang, P.; Liu, Z. F. Nano Lett. 2010, 10 (8) 2870-2876 10.1021/nl100938e
20. Guo, Y. F.; Lin, L.; Zhao, S. L.; Deng, B.; Chen, H. L.; Ma, B. J.; Wu, J. X.; Yin, J. B.; Liu, Z. F.; Peng, H. L. Adv. Mater. 2015, 27 (29) 4315-4321 10.1002/adma.201501912
21. Splendiani, A.; Sun, L.; Zhang, Y. B.; Li, T. S.; Kim, J.; Chim, C. Y.; Galli, G.; Wang, F. Nano Lett. 2010, 10 (4) 1271-1275 10.1021/nl903868w
22. Eda, G.; Yamaguchi, H.; Voiry, D.; Fujita, T.; Chen, M. W.; Chhowalla, M. Nano Lett. 2011, 11 (12) 5111-5116 10.1021/nl201874w
23. Cheng, R.; Jiang, S.; Chen, Y.; Liu, Y.; Weiss, N.; Cheng, H. C.; Wu, H.; Huang, Y.; Duan, X. F. Nat. Commun. 2014, 5, 5143 10.1038/ncomms6143
24. Cheng, R.; Li, D. H.; Zhou, H. L.; Wang, C.; Yin, A. X.; Jiang, S.; Liu, Y.; Chen, Y.; Huang, Y.; Duan, X. F. Nano Lett. 2014, 14 (10) 5590-5597 10.1021/nl502075n
25. Duan, X. D.; Wang, C.; Shaw, J. C.; Cheng, R.; Chen, Y.; Li, H. L.; Wu, X. P.; Tang, Y.; Zhang, Q. L.; Pan, A. L.; Jiang, J. H.; Yu, R. Q.; Huang, Y.; Duan, X. F. Nat. Nanotechnol. 2014, 9 (12) 1024-1030 10.1038/nnano.2014.222
26. Geim, A. K.; Grigorieva, I. V. Nature 2013, 499 (7459) 419-425 10.1038/nature12385
27. Li, D. H.; Cheng, R.; Zhou, H. L.; Wang, C.; Yin, A. X.; Chen, Y.; Weiss, N. O.; Huang, Y.; Duan, X. F. Nat. Commun. 2015, 6, 7509 10.1038/ncomms8509
28. Li, M. Y.; Shi, Y. M.; Cheng, C. C.; Lu, L. S.; Lin, Y. C.; Tang, H. L.; Tsai, M. L.; Chu, C. W.; Wei, K. H.; He, J. H.; Chang, W. H.; Suenaga, K.; Li, L. J. Science 2015, 349 (6247) 524-528 10.1126/science.aab4097
29. Liu, Y.; Wu, H.; Cheng, H.-C.; Yang, S.; Zhu, E.; He, Q.; Ding, M.; Li, D.; Guo, J.; Weiss, N. O.; Huang, Y.; Duan, X. Nano Lett. 2015, 15 (5) 3030-3034 10.1021/nl504957p
30. Lopez-Sanchez, O.; Lembke, D.; Kayci, M.; Radenovic, A.; Kis, A. Nat. Nanotechnol. 2013, 8 (7) 497-501 10.1038/nnano.2013.100
31. Pospischil, A.; Furchi, M. M.; Mueller, T. Nat. Nanotechnol. 2014, 9 (4) 257-261 10.1038/nnano.2014.14
32. Ross, J. S.; Klement, P.; Jones, A. M.; Ghimire, N. J.; Yan, J. Q.; Mandrus, D. G.; Taniguchi, T.; Watanabe, K.; Kitamura, K.; Yao, W.; Cobden, D. H.; Xu, X. D. Nat. Nanotechnol. 2014, 9 (4) 268-272 10.1038/nnano.2014.26
33. Roy, K.; Padmanabhan, M.; Goswami, S.; Sai, T. P.; Ramalingam, G.; Raghavan, S.; Ghosh, A. Nat. Nanotechnol. 2013, 8 (11) 826-830 10.1038/nnano.2013.206
34. Sie, E. J.; McIver, J.; Lee, Y. H.; Fu, L.; Kong, J.; Gedik, N. Nat. Mater. 2015, 14 (3) 290-294 10.1038/nmat4156
35. Wu, S. F.; Ross, J. S.; Liu, G. B.; Aivazian, G.; Jones, A.; Fei, Z. Y.; Zhu, W. G.; Xiao, D.; Yao, W.; Cobden, D.; Xu, X. D. Nat. Phys. 2013, 9 (3) 149-153 10.1038/nphys2524
36. Yu, W. J.; Li, Z.; Zhou, H. L.; Chen, Y.; Wang, Y.; Huang, Y.; Duan, X. F. Nat. Mater. 2013, 12 (3) 246-252 10.1038/nmat3518
37. Yu, W. J.; Liu, Y.; Zhou, H. L.; Yin, A. X.; Li, Z.; Huang, Y.; Duan, X. F. Nat. Nanotechnol. 2013, 8 (12) 952-958 10.1038/nnano.2013.219
38. Mai, C.; Barrette, A.; Yu, Y. F.; Semenov, Y. G.; Kim, K. W.; Cao, L. Y.; Gundogdu, K. Nano Lett. 2014, 14 (1) 202-206 10.1021/nl403742j
39. Zou, X. M.; Wang, J. L.; Chiu, C. H.; Wu, Y.; Xiao, X. H.; Jiang, C. Z.; Wu, W. W.; Mai, L. Q.; Chen, T. S.; Li, J. C.; Ho, J. C.; Liao, L. Adv. Mater. 2014, 26 (36) 6255-6261 10.1002/adma.201402008
40. Buscema, M.; Steele, G. A.; van der Zant, H. S. J.; Castellanos-Gomez, A. Nano Res. 2014, 7 (4) 561-571 10.1007/s12274-014-0424-0
41. Li, H.; Wu, J.; Yin, Z.; Zhang, H. Acc. Chem. Res. 2014, 47 (4) 1067-1075 10.1021/ar4002312
42. Yin, Z.; Li, H.; Li, H.; Jiang, L.; Shi, Y.; Sun, Y.; Lu, G.; Zhang, Q.; Chen, X.; Zhang, H. ACS Nano 2012, 6 (1) 74-80 10.1021/nn2024557
43. Jiang, S.; Cheng, R.; Ng, R.; Huang, Y.; Duan, X. Nano Res. 2015, 8 (1) 257-262 10.1007/s12274-014-0658-x
44. Zhang, W. J.; Chuu, C. P.; Huang, J. K.; Chen, C. H.; Tsai, M. L.; Chang, Y. H.; Liang, C. T.; Chen, Y. Z.; Chueh, Y. L.; He, J. H.; Chou, M. Y.; Li, L. J. Sci. Rep. 2014, 4, 3826 10.1038/srep03826
45. Li, H. L.; Duan, X. D.; Wu, X. P.; Zhuang, X. J.; Zhou, H.; Zhang, Q. L.; Zhu, X. L.; Hu, W.; Ren, P. Y.; Guo, P. F.; Ma, L.; Fan, X. P.; Wang, X. X.; Xu, J. Y.; Pan, A. L.; Duan, X. F. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 (10) 3756-3759 10.1021/ja500069b
46. Gong, Y. J.; Lin, J. H.; Wang, X. L.; Shi, G.; Lei, S. D.; Lin, Z.; Zou, X. L.; Ye, G. L.; Vajtai, R.; Yakobson, B. I.; Terrones, H.; Terrones, M.; Tay, B. K.; Lou, J.; Pantelides, S. T.; Liu, Z.; Zhou, W.; Ajayan, P. M. Nat. Mater. 2014, 13 (12) 1135-1142 10.1038/nmat4091
47. Huang, C. M.; Wu, S. F.; Sanchez, A. M.; Peters, J. J. P.; Beanland, R.; Ross, J. S.; Rivera, P.; Yao, W.; Cobden, D. H.; Xu, X. D. Nat. Mater. 2014, 13 (12) 1096-1101 10.1038/nmat4064
48. Li, H. L.; Zhang, Q. L.; Duan, X. D.; Wu, X. P.; Fan, X. P.; Zhu, X. L.; Zhuang, X. J.; Hu, W.; Zhou, H.; Pan, A. L.; Duan, X. F. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137 (16) 5284-5287 10.1021/jacs.5b01594
49. Schmidt, H.; Wang, S. F.; Chu, L. Q.; Toh, M.; Kumar, R.; Zhao, W. J.; Neto, A. H. C.; Martin, J.; Adam, S.; Ozyilmaz, B.; Eda, G. Nano Lett. 2014, 14 (4) 1909-1913 10.1021/nl4046922
50. Shaw, J. C.; Zhou, H. L.; Chen, Y.; Weiss, N. O.; Liu, Y.; Huang, Y.; Duan, X. F. Nano Res. 2014, 7 (4) 511-517 10.1007/s12274-014-0417-z
51. Chen, Y.-Z.; Medina, H.; Su, T.-Y.; Li, J.-G.; Cheng, K.-Y.; Chiu, P.-W.; Chueh, Y.-L. ACS Nano 2015, 9 (4) 4346-4353 10.1021/acsnano.5b00866
52. Chen, J. Z.; Wu, X. J.; Yin, L. S.; Li, B.; Hong, X.; Fan, Z. X.; Chen, B.; Xue, C.; Zhang, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54 (4) 1210-1214 10.1002/anie.201410172
53. Tan, C.; Zhang, H. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137 (38) 12162-12174 10.1021/jacs.5b03590
54. Tan, C. L.; Zeng, Z. Y.; Huang, X.; Rui, X. H.; Wu, X. J.; Li, B.; Luo, Z. M.; Chen, J. Z.; Chen, B.; Yan, Q. Y.; Zhang, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54 (6) 1841-1845 10.1002/anie.201410890
55. Feng, Q.; Zhu, Y.; Hong, J.; Zhang, M.; Duan, W.; Mao, N.; Wu, J.; Xu, H.; Dong, F.; Lin, F.; Jin, C.; Wang, C.; Zhang, J.; Xie, L. Adv. Mater. 2014, 26 (17) 2648-2653 10.1002/adma.201306095
56. Huang, Y. L.; Chen, Y. F.; Zhang, W. J.; Quek, S. Y.; Chen, C. H.; Li, L. J.; Hsu, W. T.; Chang, W. H.; Zheng, Y. J.; Chen, W.; Wee, A. T. S. Nat. Commun. 2015, 6, 6298 10.1038/ncomms7298
57. Zheng, S. J.; Sun, L. F.; Yin, T. T.; Dubrovkin, A. M.; Liu, F. C.; Liu, Z.; Shen, Z. X.; Fan, H. J. Appl. Phys. Lett. 2015, 106 (6) 063113 10.1063/1.4908256
58. Mouri, S.; Miyauchi, Y.; Matsuda, K. Nano Lett. 2013, 13 (12) 5944-5948 10.1021/nl403036h
59. Tongay, S.; Narang, D. S.; Kang, J.; Fan, W.; Ko, C. H.; Luce, A. V.; Wang, K. X.; Suh, J.; Patel, K. D.; Pathak, V. M.; Li, J. B.; Wu, J. Q. Appl. Phys. Lett. 2014, 104 (1) 012101 10.1063/1.4834358
60. Zhang, W.; Li, X.; Jiang, T.; Song, J.; Lin, Y.; Zhu, L.; Xu, X. Nanoscale 2015, 7 (32) 13554-13560 10.1039/C5NR02515J
61. Kang, J.; Tongay, S.; Li, J. B.; Wu, J. Q. J. Appl. Phys. 2013, 113 (14) 143703 10.1063/1.4799126
62. Song, J. G.; Ryu, G. H.; Lee, S. J.; Sim, S.; Lee, C. W.; Choi, T.; Jung, H.; Kim, Y.; Lee, Z.; Myoung, J. M.; Dussarrat, C.; Lansalot-Matras, C.; Park, J.; Choi, H.; Kim, H. Nat. Commun. 2015, 6, 7817 10.1038/ncomms8817
63. Su, S.-H.; Hsu, W.-T.; Hsu, C.-L.; Chen, C.-H.; Chiu, M.-H.; Lin, Y.-C.; Chang, W.-H.; Suenaga, K.; He, H., Jr.; Li, L.-J. Front. Energy Res. 2014, 2, 27 10.3389/fenrg.2014.00027
64. Fu, Q.; Yang, L.; Wang, W.; Han, A.; Huang, J.; Du, P.; Fan, Z.; Zhang, J.; Xiang, B. Adv. Mater. 2015, 27 (32) 4732-4738 10.1002/adma.201500368
65. Gan, L.-Y.; Zhang, Q.; Zhao, Y.-J.; Cheng, Y.; Schwingenschlögl, U. Sci. Rep. 2014, 4, 6691 10.1038/srep06691
66. Klee, V.; Preciado, E.; Barroso, D.; Nguyen, A. E.; Lee, C.; Erickson, K. J.; Triplett, M.; Davis, B.; Lu, I. H.; Bobek, S.; McKinley, J.; Martinez, J. P.; Mann, J.; Talin, A. A.; Bartels, L.; Léonard, F. Nano Lett. 2015, 15 (4) 2612-2619 10.1021/acs.nanolett.5b00190
67. Dolui, K.; Rungger, I.; Das Pemmaraju, C.; Sanvito, S. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2013, 88 (7) 075420 10.1103/PhysRevB.88.075420
68. Fang, H.; Tosun, M.; Seol, G.; Chang, T. C.; Takei, K.; Guo, J.; Javey, A. Nano Lett. 2013, 13 (5) 1991-1995 10.1021/nl400044m
69. Fang, H.; Chuang, S.; Chang, T. C.; Takei, K.; Takahashi, T.; Javey, A. Nano Lett. 2012, 12 (7) 3788-3792 10.1021/nl301702r
70. Kiriya, D.; Tosun, M.; Zhao, P. D.; Kang, J. S.; Javey, A. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 (22) 7853-7856 10.1021/ja5033327
71. Suh, J.; Park, T. E.; Lin, D. Y.; Fu, D. Y.; Park, J.; Jung, H. J.; Chen, Y. B.; Ko, C.; Jang, C.; Sun, Y. H.; Sinclair, R.; Chang, J.; Tongay, S.; Wu, J. Q. Nano Lett. 2014, 14 (12) 6976-6982 10.1021/nl503251h
72. Zhang, Y.; Zhang, Y. F.; Ji, Q. Q.; Ju, J.; Yuan, H. T.; Shi, J. P.; Gao, T.; Ma, D. L.; Liu, M. X.; Chen, Y. B.; Song, X. J.; Hwang, H. Y.; Cui, Y.; Liu, Z. F. ACS Nano 2013, 7 (10) 8963-8971 10.1021/nn403454e
73. Adachi, S. Physical Properties of III-V Semiconductor Compounds; John Wiley & Sons, Inc.: New York, 1992.