Thermal sulfurization of ultra-thin Mo-based films represents a promising approach for large-area growth of MoS2. In this paper, we demonstrated that the crystalline quality (domains size and defects density), strain, doping, and light emission properties of monolayer (1L) MoS2 obtained from sputter deposited MoOx films on a c-sapphire substrate can be tailored by the sulfurization temperature (Ts) in the range from 700 to 800 °C. Starting from a continuous film with a nanocrystalline domains structure at Ts = 700 °C, a distribution of 1L MoS2 triangular domains with 2.1 ± 0.6 and 2.6 ± 1.6 μm average sizes was obtained by increasing Ts to 750 and 800 °C, respectively. The increase in Ts was accompanied by a strong (25×) enhancement of the photoluminescence (PL) intensity. Furthermore, the average doping of MoS2, evaluated from Raman analyses, evolved from a strong p-type doping (∼1 × 1013 cm−2) after Ts = 700 °C, ascribed to residual MoO3 in the film, to a low average n-type doping (∼0.04 × 1013 cm−2) after Ts = 800 °C. The wide tunability of doping and PL of 1L MoS2 by the sulfurization temperature can be exploited to tailor material properties for different specific applications.

Abstract Semiconductor transition metal dichalcogenides (TMDs), such as MoS 2 , are currently regarded as key‐enabling materials for sub‐1 nm channel transistors, beyond‐complementary metal–oxide–semiconductor electronic and optoelectronic devices and sensors. Owing to this wide application potential, several bottom‐up and top‐down synthesis approaches for these materials have been explored so far. Despite the huge progresses in scalable deposition methods (such as chemical vapor deposition, metal–organic chemical vapor deposition), exfoliated layers from bulk crystals still represent the benchmark for record electronic properties of TMDs. Among exfoliation approaches, metal‐assisted mechanical exfoliation emerges as the most effective method to separate large‐area (mm 2 to cm 2 ) single‐crystalline monolayer membranes of TMDs (and many other 2D materials) from the parent bulk crystals. This paper reviews the state‐of‐the‐art in this field, from current understanding of MoS 2 exfoliation mechanisms on Au (considered as a model system), to the main device applications of as‐exfoliated and transferred large‐area MoS 2 membranes (including Au/MoS 2 /Au memristors, MoS 2 photodetectors, and field‐effect transistors). Perspectives of this method in the realization of arrays of 2D heterojunction devices, including Moirè superlattice devices, and open challenges for its widespread application are finally discussed.