[发明专利]一种改善硫化钨连续膜均匀性的方法

说明书

本发明公开了一种改善硫化钨连续膜均匀性的方法。该方法的步骤是：首先采用CVD法在特定衬底表面进行连续硫化钨薄膜的生长。生长结束后将获得的连续膜放入石英舟中，然后将装有连续膜的石英舟放入石英系统中，向系统中通入100‑150sccm的Ar，保持系统压力在5‑10mbar，将系统温度升高至950℃‑1000℃，当系统温度达到设定温度后，向系统内通入5sccm‑10sccm的H₂，在氢气气氛下对连续膜进行表面热处理。H₂对硫化物的单晶终端能够起到一定的刻蚀作用，能够有效去除连续膜表面存在的小尺寸二次成核单晶，提高连续膜均匀性。

技术领域

本发明涉及采用对CVD法制备WS₂连续膜进行表面处理工艺，尤其是涉及一种改善硫化钨连续膜均匀性的方法。

背景技术

二维WS₂是过渡金属硫化物中的典型代表，是典型的二维层状材料，单层的WS₂为直接带隙半导体材料，迁移率超过1000cm²/V·s，远高于同等厚度下硅材料的迁移率；WS₂表面无悬挂键，能够在复杂的环境中保持良好的稳定性；WS₂基场效应晶体管具有超低的晶态功耗，它的运用将能够显著降低系统功耗。此外，WS₂具有优异的光学性能，良好的机械柔韧性。为此，WS₂在微电子以及柔性光电子等领域有着潜在的应用前景。

目前CVD法进行WS₂单晶生长过程中主要采用三氧化钨作为W源，高纯硫粉作为硫源，在一定生长条件下加热的硫蒸汽随着载气的输运到达三氧化钨源区，与三氧化钨进行反应获得降解的含钨氧化物，这种降解的钨的氧化物沉积在衬底的表面，随着硫蒸汽的持续供应，钨的氧化物被完全硫化，获得WS₂薄膜材料。目前研究人员采用CVD法已经能够获得晶圆级的WS₂单层连续薄膜，但是由于连续膜生长过程中钨源的持续供应，导致连续膜表面存在大量的二次成核小尺寸单晶，这些小尺寸单晶的存在严重破坏了连续的均匀性，导致连续膜性能的下降。由于连续膜生长过程中成核过程贯穿整个生长过程，所以这些二次成核的小尺寸单晶难以避免，为此，目前采用CVD法获得高均匀性的连续二硫化钨薄膜仍然是硫化钨研究与应用进程中急需解决的难题。

发明内容

本发明的目的是解决现有CVD法生长WS₂连续膜中均匀性较差的问题，特别提供一种改善硫化钨连续膜均匀性的方法，以提高连续膜均匀性。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种改善硫化钨连续膜均匀性的方法，其特征在于，利用H₂对硫化钨单晶终端的刻蚀作用，在一定气氛与温度下对获得的连续硫化钨薄膜进行表面热退火处理，处理过程按照以下步骤完成：

第一步，将CVD法获得的连续硫化钨薄膜放置在石英舟表面。

第二步，将石英管放入CVD生长系统中；对CVD生长系统进行抽真空处理，当系统内压力为0mbar时，通入Ar气进行吹扫，Ar气流量为500sccm。

第三步，将Ar气流量降至100sccm-150sccm，系统内压力保持在5mbar-10mbar。

第四步，对系统进行升温，将系统温度升至950℃-1000℃，通入5sccm-10sccm的H₂，并保温30min-50min。

第五步，热处理过程结束后，降温，取样。

本发明改善硫化钨连续膜均匀性机理：利用H₂对硫化钨单晶终端的刻蚀作用，在一定温度与气氛下，对硫化钨表面进行热处理，利用H₂的刻蚀性，对连续膜表现存在的二次成核三角形进行刻蚀处理，去除表面的二次成核三角形，提高连续膜均匀性。