Structural, Morphological and Optical Characterization of Cobalt Diselenide Grown by Direct Vapor Transport (DVT) Method

Abstract

Протягом багатьох років з використанням дихалькогенідів перехідних металів (TMDCs) було проведено величезну кількість досліджень та зроблено багато важливих інновацій. Цей клас шаруватих напівпровідникових матеріалів знайшов використання у сфері виготовлення пристроїв завдяки багатьом своїм універсальним властивостям. Регульована ширина забороненої зони, що супроводжується чудовими фотонними та електронними властивостями, є вражаючими особливостями цих матеріалів. Вони відповідають типу MX2 з силами Ван-дер-Ваальса, які утримують прошарки, де M (Mo, Nb, Re, Hf тощо) символізує перехідний метал, а X (Se, S або Te тощо) є атомом халькогену. У цьому класі матеріалів кобальт використовується як добавка для покращення властивостей багатьох сполук. Метою роботи є вирощування диселеніду кобальту (CoSe2) методом прямого переносу пари (DVT) за допомогою виготовленої на замовлення двозонної печі. XRD, HRTEM-SAED, SEM-EDX та UV-VIS-NIR спектроскопія використовувалися для ідентифікації структурних, морфологічних та оптичних властивостей. Результати XRD і SAED підтверджують полікристалічний характер підготовленого зразка; також результати узгоджуються з раніше повідомленими роботами. SEM та HRTEM зображують морфологію поверхні та шарувату структуру підготовленого зразка. Також EDX підтверджує стехіометрію, чистоту та однорідність підготовленого зразка. Пряма та непряма заборонені зони, отримані за допомогою UVVIS-NIR спектроскопії, становлять 3,303 еВ та 3,046 еВ відповідно.

Enormous research and many noteworthy innovations have been done using Transition Metal Dichalcogenides (TMDCs) over the years. This class of layered semiconductor materials has found a strong foothold in the realm of device making due to theirs many versatile properties. The tunable band gap, accompanied with remarkable photonic and electronic properties, are a few of the striking features of these materials. They follow the 'MX2' type of arrangement with van der Waals forces holding the interlayers, where M (Mo, Nb, Re, Hf etc.) symbolizes a transition metal and X (Se, S or Te, etc.) is a chalcogen atom. Among the family, cobalt is used as a dopant to perk up the properties of many compounds. The focus of the work is to grow cobalt diselenide (CoSe2) by Direct Vapor Transport (DVT) method using a custom made dualzone furnace. XRD, HRTEM-SAED, SEM-EDX and UV-VIS-NIR spectroscopy are utilized to identify their structural, morphological and optical properties. XRD and SAED results confirm the polycrystalline nature of the sample prepared; also, the results are consistent with previously reported works. SEM and HRTEM depict the surface morphology and layered structure of the prepared sample. Also, EDX confirms the stoichiometry, purity and homogeneity of the prepared sample. The direct and indirect band gaps obtained using UV-VIS-NIR spectroscopy are 3.303 eV and 3.046 eV, respectively.