[發(fā)明專利]基于分子束外延的二維層狀過渡金屬硫化物的制備方法

有效

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• 申請日: 2022-06-27
• 公開（公告）號: CN115323483B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張昆鵬;李浩浩;馬亞中;王靜宇;梅一多;王遠(yuǎn)航;張文萍;葛標(biāo)
• 申請（專利權(quán)）人: 中關(guān)村科學(xué)城城市大腦股份有限公司
• 主分類號: C30B23/02
• 分類號: C30B23/02;C30B29/46;H01L21/02
• 代理公司: 北京唯智勤實(shí)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11557
• 代理人: 孫姣

本公開的實(shí)施例公開了基于分子束外延的二維層狀過渡金屬硫化物的制備方法。該方法的一具體實(shí)施方式包括：在GaAs襯底上鈍化硫原子，以生成S/GaAs襯底；將S/GaAs襯底置入高真空腔進(jìn)行退火處理，以生成去除浮硫的S/GaAs襯底；在分子束外延生長腔內(nèi)，通過電子束蒸發(fā)源或熱蒸發(fā)源，在去除浮硫的S/GaAs襯底上進(jìn)行過渡金屬硫化物生長，以生成生長厚度為單原子層的過渡金屬硫化物材料。該實(shí)施方式可以制備出單原子層的、良好的、全覆蓋、均勻的二維層狀過渡金屬硫化物薄膜。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開的實(shí)施例涉及材料制備領(lǐng)域，具體涉及基于分子束外延的二維層狀過渡金屬硫化物的制備方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代信息社會的發(fā)展，人們對半導(dǎo)體芯片的需求和要求也越來越高，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料(如，砷化鎵，硅)等材料已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代電子器件的需求。

目前，在電子器件、無線通訊、醫(yī)療、工業(yè)自動化、太陽能電池等高新技術(shù)領(lǐng)域，過渡金屬硫化物已經(jīng)逐步成為技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。此外，近些年在物理學(xué)、電子學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、仿生學(xué)等研究領(lǐng)域，過渡金屬硫化物也是重點(diǎn)的研究材料。

此外，二維材料，因其電子運(yùn)動被限制在兩個(gè)維度以內(nèi)，即二維平面內(nèi)，因此，載流子(電荷載子)的遷移和熱量擴(kuò)散也被限制在二維平面內(nèi)。這種限制給二維材料帶來了許多特殊的特性：

(1)二維材料的能帶可以被調(diào)控。由此，二維材料在場效應(yīng)晶體管，光電器件和熱電偶等領(lǐng)域具有極大潛力。

(2)單原子層二維材料的自旋自由度和谷自由度具有可控性。單原子層二維材料的能帶能由直接帶隙，轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬佣S材料的間接帶隙。由此，單原子層二維材料在自旋電子學(xué)和谷電子學(xué)領(lǐng)域是重點(diǎn)的研究材料。

(3)二維材料具有多種原子結(jié)構(gòu)。由此，使得二維材料產(chǎn)生了許多特殊的電學(xué)特性和光學(xué)特性，如，光學(xué)各向異性，電導(dǎo)率各向異性和熱導(dǎo)率各向異性等。

(4)二維材料由于其電子在二維平面內(nèi)運(yùn)動，所以與傳統(tǒng)材料相比，載流子移動具有耗損低的天然優(yōu)勢，是半導(dǎo)體器件的理想材料。

因此，制備出單原子層二維層狀過渡金屬硫化物成為了各個(gè)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

目前，在進(jìn)行二維層狀過渡金屬硫化物制備時(shí)，通常采用的方式為：首先，依靠化學(xué)氣相沉積，脈沖激光沉積，原子層沉積等技術(shù)制備較厚的塊狀的過渡金屬硫化物然后，通過機(jī)械剝離的方式，對塊狀的過渡金屬硫化物進(jìn)行剝離，以生成二維層狀過渡金屬硫化物。

然而，當(dāng)采用上述方式時(shí)，經(jīng)常會存在如下技術(shù)問題：

首先，采用上述方式制備方式無法保證制備得到的二維層狀過渡金屬硫化物為單原子層二維層狀過渡金屬硫化物。其次，上述方式制備得到的二維層狀過渡金屬硫化物的質(zhì)量較差。此外，制備得到的二維層狀過渡金屬硫化物尺寸較小(微米級)，無法應(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本公開的內(nèi)容部分用于以簡要的形式介紹構(gòu)思，這些構(gòu)思將在后面的具體實(shí)施方式部分被詳細(xì)描述。本公開的內(nèi)容部分并不旨在標(biāo)識要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保護(hù)的技術(shù)方案的范圍。

本公開的一些實(shí)施例提出了基于分子束外延的二維層狀過渡金屬硫化物的制備方法，來解決以上背景技術(shù)部分提到的技術(shù)問題，包括：在GaAs襯底上鈍化硫原子，以生成S/GaAs襯底；將上述S/GaAs襯底置入高真空腔進(jìn)行退火處理，以生成去除浮硫的S/GaAs襯底；在分子束外延生長腔內(nèi)，通過電子束蒸發(fā)源或熱蒸發(fā)源，在上述去除浮硫的S/GaAs襯底上進(jìn)行過渡金屬硫化物生長，以生成生長厚度為單原子層的過渡金屬硫化物材料。

本公開具有如下有益效果：

通過本公開的二維層狀過渡金屬硫化物的制備方法，可以制備出單原子層的、良好的、全覆蓋、均勻的(homogeneous)的二維層狀過渡金屬硫化物薄膜。

附圖說明