[发明专利]一种二维过渡金属硫族化合物晶体及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种二维过渡金属硫族化合物晶体及其制备方法和用途，所述制备方法包括如下步骤：(1)在加热装置中，沿着气流方向依次放置硫族单质源和过渡金属氧化物源；所述过渡金属氧化物源的表面覆盖有分子筛；所述过渡金属氧化物源的上方放置有生长基底；(2)向所述加热装置中通入保护性气体，升温至所述过渡金属氧化物源的温度达到化学气相沉积温度、硫族单质源的温度达到单质挥发温度，进行化学气相沉积，得到所述二维过渡金属硫族化合物晶体。通过本发明的方法能够制备得到大面积、均匀的单层或多层二维过渡金属硫族化合物晶体，能够用于偏振光电探测或拓扑场效应晶体管。

技术领域

本发明涉及电子和光电技术领域，尤其涉及一种二维过渡金属硫族化合物晶体及其制备方法和用途。

背景技术

二维过渡金属硫族化合物(TMDs)材料具有与石墨烯相类似的层状结构，涵盖了多种不同性质的材料，如金属性的1T'MoTe₂、WTe₂等，半导体性的MoS₂、WSe₂等以及绝缘体的Bi₂Se₃等。其中，大多数半导体性的二维TMDs材料具有层数依赖的带隙结构及较高的载流子迁移率等优异性质，有效弥补了石墨烯零带隙的缺点，有望在电子和光电器件中得到应用。

材料的制备决定未来，大面积、厚度均匀、高质量二维过渡金属硫族化合物材料的可控制备是实现其研究和应用的基础，但是目前还存在的成核和生长难以控制等挑战。

CN106757361A公开了一种基于CVD法生长MoS₂二维晶体的方法，主要解决传统方法工艺较复杂，可控性差的问题。其实施步骤是：1.对衬底进行超声清洗，将S和MoO₂前驱体置于两个独立的石英舟中，将衬底倒扣搭在装MoO₂的舟上，并将两舟依次置于炉体反应腔中，在反应腔室内通入高纯氩气吹扫；2.快速加热MoO₂粉末，降低升温速率将S粉推入120～220℃温区，使S蒸汽与MoO₂蒸汽反应生成MoS₂，沉积在倒扣于MoO₂石英舟的衬底上；3.待炉体中心温度降至100℃以下时，将衬底取出，完成MoS₂晶体制备。该发明成本较低，提高了生长过程的可调节性，但其得到的晶体形状单一，无法满足日益发展的电子和光电器件。

CN108611684A公开了一种过渡金属硫族化合物二维原子晶体的可控减薄方法，所述减薄方法为：将层状过渡金属硫族化合物材料首先在氯金酸溶液中浸泡一定时间，之后将其取出，在水中浸泡一定时间。去除样品表面的残留水分后，即得到减薄后的过渡金属硫族化合物材料原子晶体。所述减薄方法采用氯金酸对层状材料进行处理，能够快速地对其进行减薄，所述方法具有操作简单、减薄速度快、可控性好、对样品质量无损等优点，能够制备出薄层大面积渡金属硫族化合物二维原子晶体。但是该方法可控性差，且得到的晶体均一性差。

CN109336181A公开了一种二维过渡金属硫族化合物的制备方法，具体给出制备二维WS₂的制备方法，二维MoS₂以及二维WS_2xTe_2(1x)的制备方法，其中，二维WS₂的制备包括：准备1g的硫粉和30mg的WO₃，将硫粉放到双温区管式炉的低温区，将WO₃放到高温区，并将Si/SiO₂基底倒扣在装有WO₃的方舟上，基底与方舟的距离有59mm，之后通入Ar，排走空气；通入Ar气和H₂；将低温区温度调到180220℃，高温区温度调到830870℃，生长时间36min。但是该方法可控性差，产品均一性差，且得到的晶体尺寸大小不能够适用于日益发展的电子和光电器件。

因此，寻找一种制备大面积、均匀二维过渡金属硫族化合物晶体是目前亟待解决的问题之一。

发明内容