[发明专利]一种二维材料制备方法

说明书

本发明提供了一种二维材料制备方法，属于二维材料制备的技术领域，通过将基片载置在基片台上，将小片待制备二维材料固定到所述基片中心位置作为籽晶，将从位于基片中心正上方的气流管路处向下通入气态源从而使在籽晶表面均匀扩散，获得各个方向生长均匀的二维材料。使用本发明提供的二维材料制备方法可以可控、可重复地生长大面积直至晶圆级的二维材料。

技术领域

本发明涉及二维材料制备领域，特别涉及一种二维材料制备方法。

背景技术

半导体材料和器件应用的发展趋势是小型化，而这种小型化的极致则趋向单原子层的二维材料。目前，二维材料是国际上材料界研究的热点。二维材料具有原子级的厚度，多样的组分组成，性质的层数依赖性。以MoS₂为代表的单层二维过渡金属硫族化物(Transition Metal Dichalcogenides,TMDs)，不同于石墨烯的半金属性质，其具有直接带隙，是一种极有希望成为下一代半导体材料的新材料。

在现有技术中，MoS₂等二维材料的制备是通过管式炉进行化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)来进行的。在专利公开号为CN109825817A、名称为“基于CVD制备二硫化钼的方法及在晶体场效应管的应用”的发明专利中公开了一种在管式炉内的两个石英舟上分别放置硫粉和MoO₃粉，然后加热并通入氩气制备二硫化钼的技术方案。请参考说明书附图1，硫的放置在在管式炉石英管中左侧，而三氧化钼是放置在管式炉石英管中右侧。此时从管式炉一侧通入N₂的载气，载气的作用过程是首先过量的载气驱赶去管式炉的空气，加热使得硫固态和三氧化钼固态转化为蒸气状态，左边在上流区域的硫蒸气被载气推动来到右边下流区域与三氧化钼蒸气进行反应，反应之后生成二硫化钼就在放置的衬底上开始生长。

现有技术中采用上述普通管式炉进行化学气相沉积生长二维材料的技术方案中，采用固态粉末蒸发的方法来提供前驱体物质源，固体蒸发质量传输的方向性不可控，形核也难以控制，造成多点形核。气流会在基片上方形成边界层，具体可参考附图2，边界层中前驱体被类似“屏蔽”，导致在边界层中载气浓度很小，载气浓度在基片前后不均匀，增加了形核生长的不可控性。因此上述技术方案具有可控性差、重复性差、单晶性差、制得材料的面积较小的缺点。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种二维材料制备装置及利用二维材料制备装置的二维材料制备方法，从而可控、可重复地生长晶圆级的二维材料。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种二维材料制备方法，包括将基片载置在基片台上，将小片待制备二维材料固定到所述基片中心位置作为籽晶，气态源由气流管路从上往下经过等离子体发生器进入处理室中，气流管路的下端口设置在基片正中心上方，使得气态源从基片中心向四周均匀扩展，通过控制所述气态源以第一流速条件和第一温度条件，使流场和温场沿所述基片表面水平分布，从而在基片上获得各个方向生长均匀的二维材料。

可选的，所述第一流速条件为在距气流管路下端管口中心竖直距离1.5cm～2.0cm的区域内气体流速为0.04～4m/s；所述第一温度条件为距所述气流管路下端管口中心竖直距离1.5cm～2.0cm区域内的温度为0.7×10³～1.5×10³K。

可选的，所述第一流速条件为在距气流管路下端管口中心竖直距离1.5～2.0cm的区域内气体流速为0.4～0.8m/s；所述第一温度条件为距所述气流管路下端管口竖直距离1.5～2.0cm的区域内的温度为0.75×10³～0.9×10³K。

可选的，所述二维材料为MoS₂，所述气态源包括第一气态源和第二气态源，所述第一气态源为气态硫源，所述第二气态源为气态过渡金属源。