[发明专利]一种晶圆级绝对单层过渡金属硫族化合物的制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种晶圆级绝对单层过渡金属硫族化合物的制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：(1)对蓝宝石基底进行第一次退火处理，得到具有原子级平整表面的蓝宝石基底；(2)在步骤(1)得到的蓝宝石基底的原子级平整表面上加载过渡金属盐溶液，进行第二次退火处理，得到加载单分散过渡金属源的蓝宝石基底；(3)在所述加载单分散过渡金属源的蓝宝石基底上通过化学气相沉积的方法生长过渡金属硫族化合物。本发明提供的方法制备得到的二维材料为绝对单层，可实现晶圆级(两英寸、四英寸、八英寸、十二英寸)蓝宝石衬底上的批量制备，其晶体质量高、单晶尺寸大，且操作简单、成本低、易于工业化。

技术领域

本发明涉及二维材料技术领域，尤其涉及一种晶圆级绝对单层过渡金属硫族化合物(TMDs)的制备方法和应用。

背景技术

单层过渡金属硫族化合物在单层电子学和光电子学领域具有潜在的应用前景。例如，MoS₂的单层结构由于其直接带隙能量结构而成为构造p-n结和晶体管的关键材料。二维MoS₂的稳定结构为2H相，本征MoS₂表现为n型半导体特性。MoS₂的带隙具有层数依赖性，由块体(1.2eV)到单层(1.8eV)会发生间接带隙到直接带隙的转变。此外，单层MoS₂在紫外-可见光范围内具有较强的吸光性。这些特性使得单层MoS₂在电子和光电器件应用方面都表现出潜在的应用前景，例如采用高电介质材料及高质量衬底制备的单层MoS₂ FET器件的迁移率可达200～400cm² V^-1s^-1。

然而，迄今为止报道的传统CVD法生长TMDs过程中总是伴随第二层、第三层的岛状生长，直接获得单层TMDs仍然非常困难。

CN110257906A公开了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。该方法中无法避免会产生双层或多层的二维过渡金属硫族化合物晶体，很难直接获得单层二维过渡金属硫族化合物晶体。

因此，本领域亟待需要一种简单可行的、批量制备大面积单层TMDs的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种过渡金属硫族化合物的制备方法，特别在于提供一种晶圆级绝对单层二维过渡金属硫族化合物的制备方法。所述制备方法能实现多种过渡金属硫族化合物及其二元、三元及四元合金的晶圆级绝对单层的批量制备，且操作方法简单。

为达此目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种过渡金属硫族化合物的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)对蓝宝石基底进行第一次退火处理，得到具有原子级平整表面的蓝宝石基底；

(2)在步骤(1)得到的蓝宝石基底的原子级平整表面上加载过渡金属盐溶液，进行第二次退火处理，得到加载单分散过渡金属源的蓝宝石基底；

(3)在所述加载单分散过渡金属源的蓝宝石基底上通过化学气相沉积的方法生长过渡金属硫族化合物。