[发明专利]一种二硫化钼纳米带及其制备方法、场效应晶体管的电极材料

说明书

本发明涉及无机纳米材料技术领域，具体涉及一种二硫化钼纳米带及其制备方法、场效应晶体管的电极材料，所述二硫化钼纳米带的制备方法，包括以下步骤：在还原氛围的气流中，将硫氰酸盐置于所述气流的上游端，将钼酸盐置于所述气流的下游端，并在所述钼酸盐的上方悬空设置一衬底，接着在150～600℃下煅烧45‑90min。本发明采用气相沉积法在SiO₂衬底直接合成了二硫化钼纳米带，该二硫化钼纳米带具有金属性边界，其开电流能≥90μA/μm；跨导≥4μS/μm，载流子迁移率≥100cm²/(V·s)，开关比≥10⁸，可作为场效应晶体管的电极材料。

技术领域

本发明涉及无机纳米材料技术领域，具体涉及一种二硫化钼纳米带及其 制备方法、场效应晶体管的电极材料。

背景技术

以MoS₂为代表的过渡金属硫化物由于在纳米电子学等领域有极大的研 究潜力而倍受科研工作者的关注。科学家对基于单层MoS₂的场效应晶体管 进行了研究，研究结果表明，其载流子迁移率为200～500cm²·V^-1·s^-1，并 且器件的漏电流很小，功耗低，同时，其开关比能够达到10⁸，这些性质均 符合电路的要求。当前，已有研究人员利用碳纳米管作为栅极电极、MoS₂作为导电沟道材料实现了1nm制程的晶体管，打破了传统硅材料5nm极限， 这是对摩尔定律的一个突破，使得基于二维材料MoS₂的电子器件在未来替 代Si器件上具有广泛的应用前景。

单层MoS₂具有由一层Mo原子及上下各一层S原子组成的“三明治” 结构，且“三明治”结构内的Mo原子与S原子之间通过共价键进行结合。 块材MoS₂则是由这些“三明治”结构堆垛而成，且“三明治”结构彼此间 通过范德瓦耳斯键相结合。晶体材料原子排列的周期性会在边界处发生中断， 进而使得边界和体内表现出截然不同的性质。对于在室温下呈半导体特性的 2H-MoS₂而言，原子平面内部的Mo原子分别与“三明治”上下层的3个S 原子结合形成饱和建。而在边界处，由6个S原子所构成的三棱柱结构不复 存在，这使得MoS₂在边界处倾向于以两种低指数面边界存在，这两种低指 数面分别为S边界和Mo边界。密度泛函理论计算结果表明， 当边缘处的Mo原子存在不饱和悬挂键时，Mo边界将不能稳定存在。从能 量的角度来看，当边界处的每个Mo原子被一个(50％覆盖率)或两个(100％ 覆盖率)S原子覆盖时，Mo边界将能够稳定存在此时，和内部的Mo原子 一样，边界的Mo原子和6个S原子结合形成饱和键。STM实验结果表明， 边界处原子排列周期性的缺失以及原子的重构，使得MoS₂的边界呈现出金 属特性，而非半导体特性。因此，能否将MoS₂金属性边界应用在基于二维 过渡金属硫化物的场效应晶体管以提高其性能是科研工作着思考的问题。

此外，现有技术中，通过CVD法，MoS₂纳米带只能直接在纯硅衬底上 生长，当将其用于二维过渡金属硫化物的场效应晶体管电极材料时，均需要 采用湿法转移技术将MoS₂纳米带从纯硅衬底上剥离下来，再负载到二氧化 硅衬底上，在转移过程中，所用的PMMA无法100％去除，一方面影响MoS₂纳米带金属性边界和二维过渡金属硫化物之间的接触性能，从而影响二维过 渡金属硫化物长场效应晶体管的的性能，另一方面制作过程繁琐，工艺复杂。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的之一是提供一种二硫化钼 纳米带，该二硫化钼纳米带的上表面完全由金属性边界所覆盖。

本发明的目的之二是提供一种二硫化钼纳米带的制备方法，通过该制备 方法可以直接在SiO₂衬底上生长二硫化钼纳米带。

本发明的目的之三是提供一种场效应晶体管的电极材料。