[发明专利]一种二硒化钯二维晶态薄膜层的制备方法

说明书

本发明提供一种二硒化钯二维晶态薄膜的制备方法，包括如下步骤：步骤100、准备以碳化硅为基体且在其表面制作有石墨烯层的基座；步骤200、将基座的温度保持在硒和钯的生长温度范围内；步骤300、将纯硒和纯钯按反应比例以蒸发的方式生成硒原子和钯原子后沉积至基座上，硒原子和钯原子在基座上发生反应，形成原子组成的二维有序晶态薄膜层，该薄膜层中，硒原子和钯原子以硒‑钯‑硒的叠加状态分布。本发明通过上述方法解决了现有技术中只能得到二硒化钯块状体的现状，可获取到原子级的二硒化钯薄膜层，为充分利用二硒化钯研究二硒化钯的物性及相关器件提供了便利。

技术领域

本发明涉及半导体制取领域，特别是涉及获取二硒化钯在二维晶态下的双层薄膜结构的制备方法。

背景技术

自2004年，石墨烯薄膜被发现以来，由于其独特的电子结构和物理性质，成为一直以来的研究热点。石墨烯拥有极高的电子迁移率、高热导率、高机械强度、光透率等优异的物理性质，使得其在集成电路、气体分子传感器、超级电容器、柔性透明电极、太赫兹器件等领域有着重要的应用前景。然而，由于石墨烯本身并没有能隙，使其无法像传统半导体那样构建pn结，极大地限制了石墨烯在半导体等领域的应用。

基于石墨烯的优异特性，现有技术开始对其他新型二维薄膜材料进行探索和调控研究。其中的过渡金属二硫族化合物就是一类，其化学式表示为MX₂，其中M代表过渡金属元素，而X表示一种硫族元素(硫，硒和碲)。块材过渡金属二硫属化合物具有和石墨烯类似的层状结构，它们蕴含着丰富的物理、化学性质。当其从块材减少至少数层甚至单层时，相应的物理性质也会发生很大的变化。例如，二硒化钼在单层时，会从一个间接带隙半导体转变为直接带隙半导体，同时还有着0.55eV的极大激子结合能，使其在半导体器件和发光器件方面具有很广阔的应用前景。

二硒化钯作为过渡金属二硫族化合物家族中的一员，其理论计算以及输运测量表明具备优良的半导体性能、较高的载流子迁移率和开关比、可调节的能隙、各向异性的输运特性以及良好的大气稳定性等，这使其在纳米电子学和光电子学等方面有着广泛的应用潜力。但是目前没有一个成熟的获取二硒化钯原子组厚度的方法，只能以胶带剥离的方式来获取二硒化钯薄膜，该方式效率低下且不可能在工业上大范围采用。

此外，作为一种半导体二维材料，二硒化钯半导体能带的可控调制，对其应用也有着十分重要的意义，虽然现在有理论计算报道二硒化钯块材的能隙为0.03eV，但在实验上还未被证实，特别是二硒化钯二维晶态薄膜的制备尚未有任何能够实现的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种人为可控制作二硒化钯原子级薄膜层的制备方法。

特别地，本发明提供一种二硒化钯二维晶态薄膜层的制备方法，包括如下步骤：

步骤100、准备以碳化硅为基体且在其表面制作有石墨烯层的基座；

步骤200、将基座的温度保持在硒和钯的生长温度范围内；

步骤300、将纯硒和纯钯按反应比例以蒸发的方式生成硒原子和钯原子后沉积至基座上，硒原子和钯原子在基座上发生反应，形成原子组成的二维有序晶态薄膜层，该薄膜层中，硒原子和钯原子以硒-钯-硒的叠加状态分布。

在本发明的一个实施方式中，所述纯硒是通过热阻式加热蒸发形成硒原子沉积至碳化硅上，所述纯钯是通过电子束加热蒸发形成钯原子沉积到碳化硅上。

在本发明的一个实施方式中，所述纯硒和纯钯的投放比例为10～8：1。

在本发明的一个实施方式中，所述反应温度范围为200-250℃。

在本发明的一个实施方式中，所述薄膜层的半导体能隙为1.15±0.07eV。