[发明专利]一种二维晶体材料的超低温普适制备方法

说明书

本发明公开了一种二维晶体材料的超低温普适制备方法，属于半导体材料技术领域。其包括以下步骤：采用碘化铅、碘化铋、碘化亚铟、碘化钴、碘化亚铁、碘化锡、碘化铬、碘化亚铜、碘化锰、碘化锌、碘化镍、碘化铂、碘化锑作为前驱体，单质硫、单质硒、单质碲为原料。首先通过物理气相沉积法在衬底上制备碘化铅、碘化铋、碘化亚铟、碘化钴、碘化亚铁、碘化锡、碘化铬、碘化亚铜、碘化锰、碘化锌、碘化镍、碘化铂、碘化锑的二维晶体材料。通过超低温原子替代法将上述二维碘化物二维晶体材料中的碘原子替换为硫原子、硒原子、碲原子，成功合成了13种二维硫化物晶体材料、13种二维硒化物晶体材料、13种二维碲化物晶体材料。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，具体涉及一种二维晶体材料的超低温普适制备方法。

背景技术

随着现在晶体管的集成密度，以及功率密度的不断提高，逐渐逼近摩尔定律的极限，传统的材料已经捉襟见肘，急需寻找新的替代材料来解决目前的困境。随着石墨烯的发现，二维晶体材料逐渐成为目前的研究焦点，相比于传统材料，二维晶体材料一般仅由几个原子层构成，但其拥有优异的电学及光电性能，大的可调带隙，被国内外研究人员一致认为是延续摩尔定律的希望。

目前制备二维晶体材料的方法主要有，化学气相沉积法、机械剥离法、分子束外延等，相较于化学气相沉积法而言，其他的方法，很难制备出高质量，大面积的单晶二维晶体材料，无法与现有的CMOS技术兼容，所以化学气相沉积法制备的二维晶体材料有希望替代传统材料，应用于大规模的集成芯片中。

传统的化学气相沉积法，一般选取金属氧化物作为前驱体，以单质硫、单质硒及单质碲作为还原剂，由于金属氧化物的高熔点、低的蒸汽压及反应过程中极高的形成势垒，导致一般需要很高的反应温度,才能制备出高结晶质量的二维晶体材料。而且其制备温度普遍高于600℃，不仅难以兼容现有的CMOS技术，而且由于不可逆的热破坏作用使其难以与其他材料进行垂直堆垛或者混合集成，极大的限制了二维晶体材料在光电器件领域的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种二维晶体材料的超低温普适制备方法，以解决现有二维晶体材料采用化学气相沉积制备温度过高的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

二维晶体材料的超低温普适制备方法，包括以下步骤：

采用碘化铅、碘化铋、碘化亚铟、碘化钴、碘化亚铁、碘化锡、碘化铬、碘化亚铜、碘化锰、碘化锌、碘化镍、碘化铂、碘化锑为前驱体，单质硫、单质硒、单质碲为原料，在衬底上首先通过物理气相沉积生长得到碘化铅、碘化铋、碘化亚铟、碘化钴、碘化亚铁、碘化锡、碘化铬、碘化亚铜、碘化锰、碘化锌、碘化镍、碘化铂、碘化锑二维晶体材料，再通过硫原子、硒原子、碲原子替代的方法将碘化铅、碘化铋、碘化亚铟、碘化钴、碘化亚铁、碘化锡、碘化铬、碘化亚铜、碘化锰、碘化锌、碘化镍、碘化铂、碘化锑的二维晶体材料中的碘原子转化为硫原子、硒原子、碲原子。最终在衬底上沉积得到硫化铅、硫化铋、硫化铟、硫化钴、硫化铁、硫化锡、硫化铬、硫化铜、硫化锰、硫化锌、硫化镍、硫化铂、硫化锑、硒化铅、硒化铋、硒化铟、硒化钴、硒化铁、硒化锡、硒化铬、硒化铜、硒化锰、硒化锌、硒化镍、硒化铂、硒化锑、碲化铅、碲化铋、碲化铟、碲化钴、碲化铁、碲化锡、碲化铬、碲化铜、碲化锰、碲化锌、碲化镍、碲化铂、碲化锑的二维晶体材料。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，二维晶体材料的超低温普适制备方法，包括以下步骤：

(1)将气相沉积设备加热段分为上游常温区、上游低温区、中心高温区和下游常温区，首先将单质硫、单质硒、单质碲置于上游常温区，碘化铅、碘化铋、碘化亚铟、碘化钴、碘化亚铁、碘化锡、碘化铬、碘化亚铜、碘化锰、碘化锌、碘化镍、碘化铂、碘化锑前驱体置于中心高温区。