[发明专利]选择性图案化制备二硫化铪氮化硼异质结材料的方法

说明书

本发明提供了一种选择性图案化制备二硫化铪氮化硼HfS₂/h‑BN异质结材料的方法，其包括以下步骤：步骤1、将h‑BN晶畴或薄膜材料转移至目标衬底上；步骤2、对转移至目标衬底上的h‑BN进行目标图案化光刻；步骤3、在氧气气氛下对h‑BN衬底进行退火处理，以去除h‑BN表面残留的有机物；步骤4、退火完成后，在h‑BN衬底表面生长HfS₂原子晶体，选择性制备HfS₂/h‑BN异质结材料。本发明制备过程简单、成本低、可控性强，对基于HfS₂/h‑BN材料的光电子学器件的大规模集成化生产和应用具有重大意义。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，特别是涉及一种选择性图案化制备二硫化铪氮化硼异质结材料的方法。

背景技术

近年来在电子学和光电子学方面，由于石墨烯的零带隙特点，对光的吸收能力差且开关比低，限制了它的进一步应用。因此，人们将研究重点转向了具有一定带隙宽度的过渡金属硫属化物(TMDs，MX₂，M为过渡金属如Mo、Hf等，X为S、Se等)。该材料具有众多优异的物理性能。首先，TMDs具有石墨烯材料所缺少的自然带隙。再者，TMDs具有光致发光现象，为其在光电子器件方面的应用提供了无限可能。此外，TMDs有着良好的柔韧性和透明度，单层TMDs场效应晶体管有着将晶体管推向更小尺寸的巨大潜力。因此，TMDs将会是继石墨烯之后又一个半导体材料研究热点。

在众多TMDs材料中，HfS₂有着优于其他材料的物理性能。譬如，HfS₂室温载流子迁移率理论预测值可达1800cm²·V^-1·s^-1，是热门材料MoS₂的50倍之多；再者，理论计算显示基于HfS₂的场效应晶体管电流密度高达500μA·μm^-1，远高于其他过渡金属硫化物材料。

六方氮化硼(h-BN)是良好的衬底和栅介质层材料，其表面原子级的平整度可以减少其他异质结材料在生长过程中界面处所产生的缺陷，提高材料的载流子迁移率。h-BN已被证明是石墨烯良好的衬底和栅介质层材料，基于石墨烯/h-BN异质结构的器件在电学性能、稳定性等方面均表现出明显的优势。因此，有理由相信HfS₂/h-BN异质结材料在电学性能、稳定性等方面也会有着巨大的提升和应用价值。

但目前有关HfS₂/h-BN异质结材料的研究仍有多个难题需要解决。特别是在材料生长上的探索不足，机械剥离法制得的HfS₂/h-BN异质结材料存在着样品尺寸小，材料厚度不可控，制备过程随机性强等问题，很大程度上限制了其大规模集成化生产。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种选择性图案化制备二硫化铪氮化硼HfS₂/h-BN异质结材料的方法。本发明制备过程简单、成本低、可控性强，对基于HfS₂/h-BN材料的光电子学器件的大规模集成化生产和应用具有重大意义。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种选择性图案化制备二硫化铪氮化硼HfS₂/h-BN异质结材料的方法，其包括以下步骤：步骤1、将h-BN晶畴或薄膜材料转移至目标衬底上；步骤2、对转移至目标衬底上的h-BN进行目标图案化光刻；步骤3、在氧气气氛下对h-BN衬底进行退火处理，以去除h-BN表面残留的有机物；步骤4、退火完成后，在h-BN衬底表面生长HfS₂原子晶体，选择性制备HfS₂/h-BN异质结材料。

(三)有益效果