[發明專利]一種二次反應生長大面積單層或多層二碲化鉬結構的方法

在審

• 申請號: 201911093705.1
• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN110923663A
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 袁夢輝;陳鑫;孫艷;戴寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: C23C16/30
• 分類號: C23C16/30;C23C16/455
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本發明公開了一種二次反應生長大面積單層或多層二碲化鉬結構的方法。該方法先用原子層沉積的方式在襯底上沉積碲化鉬納米薄膜，再將沉積有碲化鉬納米薄膜的襯底以惰性氣體或氫氣為載氣與單質碲進行高溫二次反應，在襯底上獲得大面積單層或多層二碲化鉬結構。本發明的優點是：可控性好，操作簡單，可實現單層或多層二碲化鉬的大面積制備。該發明制備二碲化鉬結構，在光學材料、存儲材料、催化材料以及半導體光電材料等方面有著廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于材料制備領域，涉及氣相沉積技術，具體指一種二次反應生長大面積單層或多層二碲化鉬結構的方法。

背景技術

自從2004年Novoselov和Geim及其合作者成功地使用膠帶從石墨上剝離出了石墨烯后，二維材料的研究進入了高速發展的時期，與此同時，石墨烯及類石墨烯材料進一步豐富了二維材料的家族，例如二維過渡金屬硫族化合物，尤其是二碲化鉬，因其優越的電學、光學、力學性質在光學材料，存儲材料，催化材料以及半導體光電材料等方面有著廣泛的應用前景。

盡管二維納米材料展現出誘人的前景，但是制約其發展的瓶頸在于如何能夠規模化制備高質量、大面積的二維材料。目前常用的二維納米材料的制備法可以歸為兩大類：自上而下剝離法和自下而上合成法。自上而下剝離法是最傳統的制備二維材料的方法，制備方法簡單，獲得的樣品缺陷少，但是產量較低，不適合大面積生產。自下而上合成法主要是在高溫下通過鉬源和碲蒸氣反應，在襯底上生成二碲化鉬薄膜。該方法是制備大面積高結晶質量二碲化鉬最有效的方法，在尺寸，層數及物理性質控制方面具有優勢，但目前制備工藝還不成熟。當前限制超薄二維層狀材料實際應用的最大問題是高質量晶圓級材料的獲得。通過簡單易操作控制的方式獲得大面積單層或多層二碲化鉬材料具有重大意義，更是其應用的關鍵挑戰之一。

發明內容

本發明的目的是提供一種二次反應生長大面積單層或多層二碲化鉬結構的方法。該方法操作簡單，可控性好，通過控制反應溫度和反應時間，達到對二碲化鉬的生長面積和層數的控制，能在100平方厘米的襯底上制備出大面積單層或多層的二碲化鉬結構。

本發明所涉及的一種二次反應生長大面積單層或多層二碲化鉬結構的方法包括如下步驟：

先用原子層沉積的方式在尺寸為1平方厘米到100平方厘米的硅片、藍寶石片、石英片、三氧化二鋁或二氧化硅襯底上沉積碲化鉬納米薄膜，沉積溫度為100℃到500℃，時間為10分鐘到5小時；再將沉積有碲化鉬納米薄膜的襯底以惰性氣體或氫氣為載氣與單質碲進行高溫二次反應，控制載氣流量為1-500立方厘米/秒，反應壓力為10-300托，反應溫度為600-1000℃，反應時間為1分鐘到10分鐘，在襯底上獲得大面積單層或多層二碲化鉬結構。

本發明的優點是：可控性好，操作簡單，可實現二碲化鉬的大面積制備。該發明制備的單層或多層二碲化鉬結構，在光學材料，存儲材料，催化材料以及半導體光電材料等方面有著廣泛的應用前景。

具體實施方式

實施例1

先用原子層沉積在尺寸為100平方厘米的硅襯底上沉積碲化鉬納米薄膜，沉積溫度為500℃，沉積時間為10分鐘；再將沉積碲化鉬納米薄膜的襯底在氬氣氣氛下與單質碲進行高溫二次反應，反應溫度為1000℃，反應氣壓為80托，反應時間為1分鐘，獲得大面積單層二碲化鉬結構。

實施例2

先用原子層沉積在尺寸為66平方厘米的藍寶石片襯底上沉積碲化鉬納米薄膜，沉積溫度為380℃，沉積時間為5小時；再將沉積碲化鉬納米薄膜的襯底在氬氣氣氛下與單質碲進行高溫二次反應，反應溫度為710℃，反應氣壓為170托，反應時間為3分鐘，獲得大面積多層二碲化鉬結構。

實施例3