The necessity for new sources for greener and cleaner energy production to replace the existing ones has been increasingly growing in recent years. Of those new sources, the hydrogen evolution reaction has a large potential. In this work, for the first time, MoSe2 /Mo core-shell 3D-hierarchical nanostructures are created, which are derived from the Mo 3D-hierarchical nanostructures through a low-temperature plasma-assisted selenization process with controlled shapes grown by a glancing angle deposition system.

Abstract The attractive properties of 2D materials and transition metal dichalcogenides hold great potential for their use in future, ultra-scaled electronic applications. Although growth processes are increasingly trending towards highly scalable, industry compatible procedures, a fast, reliable, and efficient characterization method for pristine samples is still missing. In this study, we propose the use of back-gated micro four-point probe (M4PP) as a qualitative characterization technique for the early screening of pristine samples. We develop a custom procedure to probe MoS 2 samples with different numbers of layers and grain orientations, showing the effects of probe landing and giving an interpretation of the electrical contact between the probe pins and the material. Using the M4PP data we employ a simple and effective parallel capacitor model to extract the charge carriers’ concentration ( n c ) and the field-effect mobility ( μ FE ). The model is then tested by comparing it with data obtained from back-gated field-effect transistors manufactured on the same material. The comparison provides a striking qualitative similarity, proving the usefulness of back-gated M4PP as characterization method for MoS 2 samples.

Atomic layer deposition (ALD) of gate dielectrics on two-dimensional transition-metal dichalcogenides (2D TMDs) is challenging due to their chemically inert surfaces. Although various surface pretreatments can form nucleation sites to facilitate the precursor adsorption, preserving 2D TMDs during the pretreatments and maintaining gate stack quality with the weak 2D TMD/dielectric interface become the main concerns. In this work, we combine physisorbed-precursor-assisted (PPA)-ALD to minimize damage to 2D TMDs with a second interfacial layer for performance enhancement. Ultrathin GdAlO3 interlayers are integrated into 2D TMD gate stacks with PPA-ALD AlOx seeding layers and HfO2 top dielectrics. Further, 1-nm-thick and pinhole-free GdAlO3 can be deposited on AlOx-seeded monolayer (1L) WS2 by ALD at 250 °C. The material properties of 1L WS2 are preserved, as confirmed by Raman spectroscopy. After the GdAlO3 layer insertion, 1L MoS2 dual-gate (DG) field-effect transistors (FETs) show improved subthreshold swing (SS), field-effect mobility, and Id–Vg hysteresis without compromising the capacitance-equivalent thickness (CET). The proposed strategy is wafer-scale compatible and extendable to the future nanosheet gate-all-around structures.