[發明專利]基于選擇性反應在過渡金屬硫屬化合物基體上制備二維橫向異質結的方法

在審

• 申請號: 202110445652.6
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113327840A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 王學雯;劉鍇
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/34;H01L21/428;H01L29/06;H01L29/24;H01L29/78;C23C16/02;C23C16/30
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

本發明公開了屬于納米材料制備技術領域的基于選擇性反應在過渡金屬硫屬化合物基體上制備二維橫向異質結的方法。具體步驟為：利用激光直寫輻照過渡金屬硫屬化合物薄膜，過渡金屬硫屬化合物薄膜材料被氧化，氧化區和非氧化區構成非氧化區?氧化區異質結；然后通過氣相沉積法樣品進行全局加熱，由于氧化區富含缺陷具有反應活性，導致反應過程選擇性發生在氧化區，形成第三相區，非氧化區保持不變，得到非氧化區?第三相區二維橫向異質結。本發明激光輻照得到的氧化材料，富含缺陷并且具有高活性和選擇性，使得在氣相沉積過程中，生長反應僅選擇性的發生在氧化區，未被激光輻照過的非氧化區保持不變，形成TMD?TMD’二維橫向異質結。

技術領域

本發明屬于納米材料制備技術領域，尤其涉及一種基于選擇性反應在過渡金屬硫屬化合物基體上制備二維橫向異質結的方法。

背景技術

過渡金屬硫屬化合物(TMD)由于其獨特的機械，光學和電學性質而備受關注。二維(2D)TMD異質結構是新興2D電子設備中必不可少的組件。近年來，這些異質結構已通過多種方法實現，包括范德華堆疊，外延生長和激光輔助生長。但是這些方法無法在保證能人為設計圖案的同時不在合成過程中引入污染。另外，現有的激光輔助的原位生長方法由于每個點在激光照射下需要一定的時間才能結晶，因此效率非常低，不適合大規模生長。因此，為了真正地實現基于2D材料的大規模集成電路，迫切需要開發用于制造2D異質結構陣列的高效的可擴展方法，無論是垂直異質結還是平面異質結。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了本發明的目的是提供一種基于選擇性反應在過渡金屬硫屬化合物基體上制備二維橫向異質結的方法，具體包括以下步驟：

1)利用激光直寫將過渡金屬硫屬化合物薄膜進行輻照，過渡金屬硫屬化合物薄膜材料被氧化，氧化區和非氧化區構成非氧化區-氧化區異質結；所述氧化區的厚度為0.5-10nm；過渡金屬硫屬化合物薄膜制備在基體上；

2)通過氣相沉積法對步驟1)得到的樣品進行全局加熱，由于氧化區富含氧空位缺陷具有反應活性，導致反應過程選擇性發生在氧化區，形成第三相區，非氧化區保持不變，得到非氧化區-第三相區二維橫向異質結，所述非氧化區-第三相區二維橫向異質結具有不同圖案，包括曲線形圖案、直線型圖案和陣列性圖案。

所述步驟2)反應過程包括硒化反應、碲化反應或硫化反應。

所述步驟1)過渡金屬硫屬化合物薄膜的材料包括MoS₂，MoSe₂，MoTe₂，WS₂，WSe₂或NbS₂。

進一步的，氧化區材料為MoO_x，WO_x或NbO_x；

更進一步的，對應的硒化反應生成的第三相區材料為MoSe₂，WSe₂或NbSe₂，碲化反應生成的第三相區材料為MoTe₂，WTe₂或NbTe₂，硫化反應生成的第三相區材料為MoS₂，WS₂或NbS₂。

所述過渡金屬硫屬化合物薄膜的厚度為0.5～10nm；

進一步的，過渡金屬硫屬化合物薄膜的厚度為0.5～5nm或0.7～10nm；

更進一步的，過渡金屬硫屬化合物薄膜的厚度為0.5～1nm。

所述過渡金屬硫屬化合物薄膜制備在基體上的方法包括以下步驟：

a1)將基底依次放入去離子水、丙酮和異丙醇中進行超聲清洗，后用氮氣吹干；將其放在已放有過渡金屬氧化物的雙端開口石英舟中，置于管式爐反應腔中；