在MoS2及相关材料表面沉积TiO2薄层对于电子和光电子器件的发展具有重要意义。TiO2被用作场效应晶体管中源极-漏极接触堆叠的隧道薄中间层（IL），[1], [2], [3], [4], [5]。这种IL层作为金属层和MoS2之间的介电插入物，用于防止或减弱费米能级的钉扎[6], [7]。费米能级钉扎是由于电子轨道部分渗透到MoS2中并形成金属诱导的能隙态所致。这会阻碍低电阻接触的形成[8], [9], [10], [11], [12], [13]。TiO2与MoS2具有良好的带对齐性[7], [14]。因此，引入隧道薄的TiO2 IL并不会显著增加接触电阻。此外，介电屏障层可以防止MoS2与沉积的金属发生化学反应[14], [15], [16]。TiO2具有较高的介电常数。对于薄半导体层，通过涂覆高介电常数的材料（如TiO22还被用于MoS2的电子掺杂，从而显著提高其导电性[22], [23]。MoS2/TiO2异质结构在光电子转换器中也有广泛应用[24], [25]。
通常将TiO2 IL的厚度控制在1–2 nm，以最小化其对整体接触电阻的影响。创建这种超薄层的最有效方法是原子层沉积（ALD）。这种方法能够实现单层精确的厚度控制，同时保持基底结构的完整性。然而，ALD的一个关键特点是其依赖于前驱体分子与化学活性表面状态之间的化学反应[26]。因此，生长激活需要存在活性状态。(002)取向的MoS2晶体表面在化学上是惰性的，因为它不包含悬挂键[27], [28]。尽管合成的薄膜和晶体中存在缺陷（如硫空位（VS），这些缺陷可以作为活性中心，但其浓度通常不足以实现ALD过程中的均匀薄膜生长[29], [30]。因此，需要对表面进行功能化处理以增加活性中心的密度。否则，在初始阶段会形成孤立的岛屿而不是连续的薄膜，只有通过增加厚度才能实现薄膜的连续性。大约1 nm厚的TiO2薄膜的连续性尚未得到验证，但其不连续性会显著降低功能性能[31]。
在表面功能化过程中，需要精确控制缺陷的形成，因为结构的退化会影响MoS2的电子性质。因此，化学和等离子体处理的效果并不一致[32], [33], [34]。一种有前景的功能化方法是用光He+离子辐照表面[35], [36]。参考文献[37]报道，He+处理可以通过引入过量的VS缺陷使MoS2从电子导电转变为空穴导电。参考文献[38]详细研究了He+处理参数对MoS2表面HfO2薄膜生长的影响。参考文献[28]之前已经研究了用Ar+离子辐照CVD MoS2薄膜表面对后续TiO2生长的影响。与我们的工作类似，TiO2的沉积是通过ALD方法完成的，使用TDMAT和H2前驱体，在100 °C的温度下进行。据我们所知，文献中没有关于TiO2层连续性对MoS2/TiO2界面电子性质和化学态影响的类似研究。
本研究基于已发表的关于He+离子辐照MoS2表面的研究[38]。我们采用了优化的合成方案，确保了生长中的氧化物层在早期阶段的连续性，同时保持了底层MoS2的结构完整性。我们研究了使用两种不同的MoS2系统（块状单晶和化学气相沉积（CVD）薄膜）进行He+辐照诱导的表面功能化效果。研究了TiO2的厚度和连续性对MoS2/TiO2和MoS2/TiO2/Ru结构中带对齐的影响。进一步评估了在可能降解MoS2表面结构的条件下，TiO2中间层在金属沉积过程中的保护作用。我们选择了钌作为电极材料，因为钌在各种微电子应用中具有潜力，包括动态随机存取存储器的金属-绝缘体电容器、局部互连以及逻辑器件中的窄金属线扩散屏障[39], [40], [41]。
