[发明专利]过渡金属硫族化合物单晶及其制备方法

说明书

本申请属于材料制备技术领域，尤其涉及一种过渡金属硫族化合物单晶及其制备方法。其中，过渡金属硫族化合物单晶的制备方法，包括步骤：获取生长基板，将所述生长基板置于半封闭夹具中，进行退火处理，得到退火后的生长基板；基于气相沉积法，在所述退火后的生长基板表面生成单向排列的过渡金属硫族化合物晶粒，得到取向一致的过渡金属硫族化合物单晶。本申请过渡金属硫族化合物单晶的制备方法，将生长基板置于半封闭夹具中进行高温退火处理，提高生长基板表面原子的重排效率，产生所需的阶梯结构，提高生长基板表面的平整度和有序性，有利于过渡金属硫族化合物晶粒在衬底表面单向排列生长，形成大面积相同取向的面内晶向过渡金属硫族化合物单晶。

技术领域

本申请属于材料制备技术领域，尤其涉及一种过渡金属硫族化合物单晶及其制备方法。

背景技术

过渡金属硫族化合物(TMDCs)是典型的二维半导体材料，因其二维纳米结构和独特的光学及电学性能，拥有许多优异的物理化学性质，例如可见光范围的带隙结构、高电子迁移率等，在光电探测器件、场效应晶体管、微纳电子器件及其大规模集成电路等诸多领域有着广泛的应用前景。英寸级及以上尺寸的大面积单晶材料的稳定、可控制备，是二维材料器件集成走向应用的关键。近年来，越来越多的现有技术报道了通过化学气相沉积法制备TMDCs，然而可控地制备高质量晶圆级TMDCs单晶从而推进产业化依然面临巨大挑战。TMDCs家族成员繁多，以WSe₂的可控制备为例，对于其他几种TMDCs单晶的制备，方法和效果也基本相同。目前，在制备WSe₂时可以通过热蒸发WSe₂粉末的方法，或是热分解(NH₄)₂WS₄或WSe₂粉末的方法制备WSe₂晶体，亦或是加热W或WO₃与Se的混合物，以及用W(CO)₆、WCl₅等W的金属氧化物与Se的化合物反应等方法得到WSe₂颗粒或者晶体。以上几种方式虽然可以获得TMDCs晶体及薄膜，但都不是严格的单层WSe₂单晶薄膜。

目前，传统的化学气相沉积法制备TMDCs，通常采用普通c-cut蓝宝石衬底(或其他晶面如a,m,r plane)，该衬底表面存在多种原子排布结构，如：氧化铝存在的原子阶梯，及AB层间堆垛等，而TMDCs材料生长与所使用衬底材料表面晶体原子排布及其微结构有密切关系，使TMDCs外延生长时产生不同的面内取向，不利于大面积晶圆级单晶材料的制备。

发明内容

本申请的目的在于提供一种过渡金属硫族化合物单晶及其制备方法，旨在一定程度上解决现有过渡金属硫族化合物单晶制备方法，难以制备大面积晶圆级单晶材料的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供过渡金属硫族化合物单晶的制备方法，包括以下步骤：

获取生长基板，将所述生长基板置于半封闭夹具中，进行退火处理，得到退火后的生长基板；

基于气相沉积法，在所述退火后的生长基板表面生成单向排列的过渡金属硫族化合物晶粒，得到大面积过渡金属硫族化合物单晶。

进一步地，所述半封闭夹具包括相对设置的两个夹片，两个所述夹片夹设所述生长基板的用于生长单晶的表面，所述生长基板的侧表面暴露于退火环境中。

进一步地，所述生长基板置于所述半封闭夹具中的数量至少为一片。

进一步地，所述夹片的材料与所述生长基板的材料相同。

进一步地，所述生长基板的材料选自：蓝宝石、氧化镓、氮化硼、金、白金、石英中的至少一种。

进一步地，所述退火处理的条件包括：在温度为900～1600℃，压力为1～10Torr的含氧气氛中，进行退火处理4～8h。