[发明专利]远程氮等离子体掺杂过渡金属硫族化合物的方法

说明书

本发明属于光电和电子器件材料技术领域，具体为远程氮等离子体掺杂过渡金属硫族化合物的方法。本发明方法包括：制备单层或少层的过渡金属硫族化合物；将过渡金属硫族化合物样品放入远程氮等离子体装置；体系采用高真空系统，压力为10^‑3 Pa，通入氮气，在功率为1~1000 W的条件下处理1~1200 s，即制备得不同氮掺杂浓度的过渡金属硫族化合物。本发明方法简单易行，具有单层的可控精度，制备的氮掺杂过渡金属硫族化合物可以实现p型掺杂。

技术领域

本发明属于光电和电子器件材料技术领域，具体涉及氮掺杂的过渡金属硫族化合物的制备方法。

背景技术

过渡金属硫族化合物（TMD）具有非零的带隙、高的导电性和迁移率、良好的化学和热稳定性，以及杰出的机械强度等性质，在光电和电子器件领域具有广泛的应用。由于天然的硫缺陷的存在，通常制备的二硫化钼MoS₂的场效应晶体管仅仅表现出n型的电学性质。为了实现同质结或异质结的制备，需要对MoS₂进行p型的掺杂。

目前实现二硫化钼p型掺杂的方法有很多，比较常用的是表面电荷转移掺杂和取代掺杂。表面电荷转移掺杂来自于吸附在MoS₂表面的材料和MoS₂之间的电子交换。这种掺杂不改变MoS₂的结构，但由于掺杂分子与MoS₂未形成共价键，所以此类掺杂一般不能持久稳定。取代掺杂是另外一种有效的实现MoS₂掺杂的方法，MoS₂晶格中的Mo或S原子被不同价电子的其它原子取代。这种方式的掺杂原子存在于MoS₂晶格中，但是MoS₂的主要晶体结构保持，此类方法可以实现MoS₂稳定且可控的掺杂。取代掺杂目前比较常用处理方法有热处理法和等离子体处理法。热处理法一般需要比较高的反应温度，而等离子体辅助掺杂法一般会存在表面刻蚀等负面效应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术中的问题，提供一种远程氮等离子体掺杂单层或少层过渡金属硫族化合物的制备方法；该方法工艺简单，室温下反应，具有单层的掺杂精度，可实现过渡金属硫族化合物光学性质的连续可调，以及电学上的p型掺杂。

本发明提供的远程氮等离子体掺杂单层或少层过渡金属硫族化合物的制备方法，具体步骤为：

（1）采用机械剥离或者化学气相沉积法制备单层或少层（一般指十层以下）的过渡金属硫族化合物；

（2）采用高真空体系，远程氮等离子体技术；将过渡金属硫族化合物样品放入远程氮等离子体装置，样品位置距等离子体产生辉光的尾部为0~60 cm；体系采用高真空系统，压力为10^-3 Pa，以减少体系中的杂质如氧气的影响；在体系中通入一定量的氮气，在功率为1~1000 W的条件下处理1~1200 s，即可制备氮掺杂过渡金属硫族化合物。

反应完成后，对掺杂前后的过渡金属硫族化合物进行光谱和电学性质表征。

本发明中，所述过渡金属硫族化合物为MX₂，其中，M为Ti、 Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Re或Pt；X为S、Se或Te。

本发明中，所述通入的氮气，流速为1~5 sccm。

本发明中，优选样品位置距等离子体产生辉光的尾部L为5~30 cm。

本发明中，优选真空系统压力为10^-5Pa 10^-3 Pa。

本发明中，优选功率为100~600 W，处理时间为100~1000 s。