[发明专利]一种二维硫化钼/硫化铟横向异质结及其制备方法和应用

说明书

本发明属于二维材料异质结光探测领域，公开了一种二维硫化钼/硫化铟横向异质结及其制备方法和应用。该二维硫化钼/硫化铟横向异质结是通过化学气相沉积法先将二氧化硅片平放在三氧化钼粉末的上方，置于管式炉的中间，将升华硫粉末放置在管式炉气流上游；在氮气气氛下，升温至680～800℃保温，在二氧化硅衬底上制得单层二维硫化钼单晶，通过湿法将单层二硫化钼转移至云母片上；然后将云母片平放在三硫化二铟粉末的上方，放置在管式炉中间；升温至750～980℃保温，自然冷却制得。本发明方法简单，反应条件易于控制，生长的二维异质结稳定，该异质结经过光刻，显影等步骤后，可成功在异质结两端搭建电极，具有良好的光探测应用前景。

技术领域

本发明属于二维材料异质结光探测技术领域，更具体地，涉及一种二维硫化钼/硫化铟横向异质结及其制备方法和应用。

背景技术

化学气相沉积(CVD)是指化学气体或蒸汽在基质表面反应合成涂层或纳米材料的方法，是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。从理论上来说，它是很简单的:两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。

In₂S₃存在三种不同的结晶结构：α-In₂S₃，β-In₂S₃和γ-In₂S₃。其中，β-In₂S₃为带隙为1.9～2.0eV的n型半导体，在室温下稳定。最重要的是，由于In和S原子之间的失配，β-In₂S₃是典型的天然缺陷晶体，其在可见光的光探测性能优异。

目前，对于二维三硫化二铟的研究较少，研究学者大多使用水热法制备三维硫化铟并用于太阳能电池。这种方法制备的三硫化二铟晶体缺陷较多，且光探测性能差。二维异质结多集中于过渡金属硫化物，这些材料一般是层状二维材料。硫化钼就是其中一种。而硫化铟是典型的非层状二维材料。目前，国内外尚未有成功生长出MoS₂-In₂S₃横向异质结。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的目的在于提出一种二维硫化钼/硫化铟横向异质结。该横向异质结的结晶良好。

本发明另一目的在于提供了上述二维硫化钼/硫化铟横向异质结的制备方法。该工艺简单，生长时间短。

本发明再一目的在于提供了上述二维硫化钼/硫化铟横向异质结的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种二维硫化钼/硫化铟横向异质结，所述二维硫化钼/硫化铟横向异质结是通过化学气相沉积法先将二氧化硅片平放在三氧化钼粉末的上方，置于管式炉的中间，将升华硫粉末放置在管式炉气流上游；在氮气气氛下，升温至680～800℃保温，在二氧化硅衬底上制得单层二维硫化钼单晶，通过湿法将单层二硫化钼转移至云母片上；然后将云母片平放在三硫化二铟粉末的上方，放置在管式炉中间，升温至750～980℃保温，自然冷却制得。

优选地，所述三氧化钼粉末、升华硫粉和三硫化二铟粉末的质量比为(2～3)：(10～12)：(3～4)。

优选地，所述升温至680～800℃保温的时间为5～10min，所述升温至750～980℃保温的时间为5～10min。

所述的二维硫化钼/硫化铟横向异质结的制备方法，包括如下具体步骤：

S1.将三氧化钼粉末放置在干净的石英舟上，将清洗的二氧化硅片平放在石英舟的上方，然后将石英舟放置在管式炉中间，将升华硫粉末放置在干净的石英舟上，然后将石英舟放置在管式炉气流上游；