[發明專利]一種摻錫二維硫化鉬及其制備方法、應用

有效

• 申請號: 202110365281.0
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113174639B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 張騏;王和淼;應豪挺;張永軍
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: C30B29/46
• 分類號: C30B29/46;C30B29/64;C30B25/00;B82Y30/00;B82Y40/00;B82Y20/00;H01L31/032
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種摻錫二維硫化鉬及其制備方法、應用，該制備方法簡單易行、可控，按本發明提供的技術方案解決了一種錫摻雜二維硫化鉬材料的制備問題，包括安全廉價的制備設備及反應原料獲得，簡易可行的全程無污染的工藝流程，所獲得的材料厚度小于10nm，并且保留了母相的晶體結構，無第二相或合金化，摻雜后二維硫化鉬材料光電性能的顯著提升，為納米電子器件和光電功能器件的潛在應用提供了材料基礎，符合未來工業化生產需要。

技術領域

本發明屬于新型半導體材料制備技術和應用領域，涉及摻錫二維硫化鉬，尤其涉及一種簡單易行的、可控的摻錫二維硫化鉬及其制備方法、應用。

背景技術

石墨烯(Graphene)自2004年被英國曼徹斯特大學的教授Geim課題組經機械剝離獲取后，以其奇特的性能引起了廣大研究人員的熱切關注和強烈的興趣，被預測有極大可能在納米電子器件、氣體傳感器、能量存儲及復合材料等眾多領域掀起革命性變化。但是，帶隙為零的石墨烯做成的晶體管無法進行開關，限制了其在光電子器件以及數字電子器件中的應用。對于該領域來說，半導體才是比較合適的選擇。隨后在科研人員的努力下，其他類石墨烯的二維材料被相繼發掘出來，如過渡金屬硫化物和主族金屬間化合物等材料同樣被繼續廣泛研究。

當前，全世界科研人員通過利用Geim教授思路，成功將多種范德瓦爾斯層狀材料的二維結構制備出來。類石墨烯結構二維材料，其不僅具有各向異性的結構特征，而且還由于其低維度結構使各方面性能表現得更加獨特，例如原子厚度的材料表現出量子限域效應。因此，數量龐大的類石墨烯二維結構家族成員已在催化、傳感、新型光電器件與集成等諸多方面都展現出了廣闊的應用前景。

在已探明的類石墨烯二維結構家族中，二維過渡金屬二硫屬化物(transitionmetal?dichalcogenides)XM₂(其中X代表過渡金屬原子，M代表硫族元素)以其半導體性被認為可能成為延續摩爾定律的材料。其包含44種能形成穩定二維結構的化合物，金屬為代表的NbTe₂、TaTe₂，半導體為代表的MoS₂、MoSe₂、WS₂，也有超導體NbS₂、NbSe₂、TaS₂等。在眾多過渡金屬二硫屬化物中，二硫化鉬(MoS₂)因其在納米電子器件和光電功能器件等領域潛在的應用前景，是研究比較廣泛的材料之一。然而，實際合成的MoS₂材料性能極易受表面介電狀態調制，無論是電荷遷移率還是吸收光子能力與理論預測值均存在較大偏差，這對于MoS₂材料的實際應用非常不利，因此，二維材料性能的改善與優化成為其器件應用必須克服的問題。

摻雜是提升半導體材料的有效策略之一。摻雜產生的額外空穴/電子通常會改變其載流子的濃度，從而影響材料中的載流子傳輸特性，進而提升器件性能，如憶阻器的開關比，PN結界面激子復合效率等。目前為止，世界上已經出現了多種摻雜技術可以有效改進有機半導體，碳納米管，硅等材料中光電特性，但在二維材料摻雜改性方面的成功案例報道較少，主要挑戰是如何在通過摻雜提升二維材料性能的同時又不會引起第二相或合金化。二維半導體材料的摻雜是當前材料科學研究的熱點和難點，未來必將持續增加和進一步發展，促進二維材料在各種光電子器件的廣泛應用。

隨著二維材料器件的發展，各種特殊的、高性能的器件需要也隨之不斷提出，二維材料的摻雜改性研究作為一種有效的載流子調控手段引起了廣大科研人員的密切關注。但目前針對二維材料摻雜的方法并不理想，并且摻雜方法存在著設備昂貴、操作繁瑣、成本高企、效率低下等種種問題，無法為將來二維材料器件的工業化生產提供可行的方案。更為重要的是，相對于傳統的半導體，二維材料厚度可降至原子層尺度，引入第三種元素極其容易產生第二相，形成合金晶界會形成聲子散射中心，影響甚至降低二維材料的光、電性能(Adv.Sci.2020，7，2002172)。