[发明专利]一种单晶材料、及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种单晶材料，所述单晶材料为铜掺杂硫化钽单晶，所述单晶材料为2H相。本发明单晶材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将TaS₂多晶、Cu粉和卤盐混合，得到前驱体；(2)将所述前驱体放入单晶炉中，熔融生长，制得单晶材料粗品。本发明采用在单晶炉中熔融生长的方式制备单晶材料，制得材料的成功率高，在单晶炉中熔融生长可有效的控制晶体的尺寸和形貌，生长周期缩短至十天以内，可工业化生产，且制得的单晶材料不易开裂。

技术领域

本发明属于单晶材料制备领域，具体涉及一种单晶材料、及其制备方法和用途。

背景技术

金属性过渡金属硫化物具有电荷密度波相转变、超导有序、铁/反铁磁性等新奇的物理特性，进而极大地推动了凝聚态物理学基本问题的探索。金属性过渡金属硫化物除了具备上述新奇的物理特性以外，在电子学器件和能源领域也具有十分丰富的应用前景。

众所周知，实现半导体性过渡金属硫化物电子学器件高效应用的一个最大瓶颈就是该材料与金属电极之间的极高的接触电阻，两者之间的功函不匹配造成界面之间存在极大的肖特基势垒，从而阻碍了半导体性过渡金属硫化物迁移率的提升。

CN108179399A公开了一种化学气相沉积法制备二硫化钽的方法，包括：将购买的商业金箔进行清洗和高温预退火处理；将清洗和预退火后的金箔放入高温管式炉中，利用常压化学气相沉积的方法进行二硫化钽纳米片的生长，利用低压化学气相沉积的方法进行厘米尺寸均匀的薄层二硫化钽薄膜的生长。生长结束后，温度降至室温，同时关闭氩气和氢气，即可得到金箔上的不同厚度二硫化钽纳米片和薄层二硫化钽薄膜样品。所述化学气相沉积法制备二硫化钽的过程中，由于固气界面附近温度梯度较大，制得的容易产生开裂，并且化学气相沉积法制备二硫化钽效率较低，难以实现工业化生产。

CN108455673A公开了一种生长单晶二维过渡金属硫化物的方法，包括以下步骤：(a)将过渡金属盐和强碱溶于水中，搅拌得透明澄清的前驱体溶液；所述过渡金属盐为无机钼盐或无机钨盐；所述渡金属盐和所述强碱的质量比为1～10:1；(b)将所述前驱体溶液旋涂至基底上；(c)将所述基底放在管式炉中部，取硫粉或硒粉置于所述管式炉进气端，随后对所述管式炉进行抽真空并充入惰性气体；加热使所述硫粉或硒粉升华，并使其与所述前驱体溶液进行反应、退火，自然降温即可。所述制备方法效率较低，难以实现工业化生产，且制备得到的二维材料性能较差。

一种生长Cu₃TaS₄薄膜的方法(参见文献“Thin film preparation andcharacterization of wide band gap Cu₃TaQ₄(Q＝S or Se)p-type semiconductors”,P.F.Newhouse et al,Thin Solid Films 517(2009)2473-2476)；所述方法包括以下步骤：(a)用脉冲激光沉积方法，进行薄膜的初步沉积制备；(b)在硫族元素气氛中和500～625℃温度区间进行退火，所述制备方法得到的多晶薄膜缺陷密度高，缺陷密度＞1.0×10⁸cm^-2，质量不足以满足实际应用要求。

一种单晶Cu_0.03TaS₂的生长方法及其表征，(参见文献“Single crystal growthand characterizations of Cu_0.03TaS₂”,X.D.Zhu et al,Journal of Crystal Growth311(2008)218–221)；所述制备方法为化学气相输运法，包括以下步骤：(1)将Cu，TaS₂粉末按照摩尔比为0.5:1混合，再与100mg碘混合并密封在石英管中；(2)将石英管放入双温水平管式炉中，温度为1000℃，生长区温度为900℃，持续10天；(3)两个区域在几天内同时缓慢降温至440℃，最后冷却至室温。所述方法得到的单晶材料其特征生长温度较高，生长时间较长，且Cu含量在0.03附近难以调整。