[发明专利]二维材料的制作方法

说明书

本发明二维材料的制作方法，包含以下步骤：于基板上形成具有至少一二维材料元素的薄膜；于薄膜上形成至少一包覆层；于包覆层形成后将薄膜进行退火，以形成二维材料膜。

技术领域

本发明是关于一种二维材料的制作方法；具体而言，本发明是关于一种能够制成大面积均匀分布的二维材料的制作方法。

背景技术

二维材料是指具有原子级厚度的单层或数层材料结构。二维材料由于在电传导、光学、机械特性等方面的特殊性质而受到重视。例如石墨烯，其具有高载子迁移率、光透明度等特性。

现有的二维材料制作方法主要有机械剥离法、分子束磊晶法以及化学气相沉积法。机械剥离法受限于人工的操作，无法提供稳定的制作品质。此外，采用机械剥离法仅能于局部表面进行制作，难以制成大面积的二维材料。分子束磊晶法可沉积具有数层的二维材料结构，但是仍无法制成大面积的二维材料。此外，采用分子束磊晶法需在超高真空的环境下进行，需要耗费较多的工艺时间与成本。

采用化学气相沉积法相较前二种方式虽可提高生产效能，然而以此方式制作二维材料有诸多限制，例如，前驱物的选择、不同元素的蒸气分压比控制、以及腔体内的气流控制等等。上述因素造成工艺设计的复杂度。因此，现有的二维材料制作方法仍有待改进。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种二维材料的制作方法，可降低工艺的复杂度。

本发明的另一目的在于提供一种二维材料的制作方法，可提高二维材料的品质。

二维材料的制作方法包含以下步骤：于基板上形成具有至少一二维材料元素的薄膜；于薄膜上形成至少一包覆层；于包覆层形成后将薄膜进行退火，以形成二维材料膜。

于一实施例中，该薄膜是为包含至少一过渡金属与至少一硫属元素作为该二维材料元素的二维异质层，所述过渡金属是选自由钼、钨、铬、钒、铌、钽、铂、钛、铪、锆、铼所组成的群组，且所述硫属元素是选自由硫、硒、碲所组成的群组。

于一实施例中，于该薄膜形成步骤是于具有所述过渡金属与所述硫属元素的至少一靶材进行溅镀或蒸镀，且所述过渡金属与所述硫属元素具有非当量比。

于一实施例中，该退火步骤是于一无硫属气氛下进行。

于一实施例中，该退火步骤包含：调整退火时间与退火温度以控制该薄膜自具有第一结构相的该二维材料膜转换为具有第二结构相的该二维材料膜，其中该第一结构相与该第二结构相具有不同的导电特性。

于一实施例中，该薄膜是为包含至少一过渡金属与至少一非金属元素作为该二维材料元素的二维异质层，所述过渡金属是选自由钼、钨、铬、钒、铌、钽、铂、钛、铪、锆、铼所组成的群组，且所述非金属元素是选自由碳、氮所组成的群组。

于一实施例中，该薄膜是为二维单质层，该二维材料元素是选自由碳、锗、硅、锡、镓、磷、硒、碲所组成的群组。

于一实施例中，该薄膜是为包含至少一第十三行元素与至少一第十五行元素或第十六行元素作为该二维材料元素的二维异质层，所述第十三行元素是选自由硼、铝、镓、铟所组成的群组，且所述第十五行元素是选自由氮、磷所组成的群组，第十六行元素是选自由硫、硒、碲所组成的群组。

于一实施例中，于该薄膜形成步骤中，是以物理气相沉积形成该薄膜。

于一实施例中，所述物理气相沉积是于具有该二维材料元素的至少一靶材进行溅镀或蒸镀。

于一实施例中，该薄膜的沉积厚度范围为0.5nm至10μm。

于一实施例中，该包覆层的厚度范围为5nm至10μm。

于一实施例中，该包覆层形成步骤包含：于该薄膜上蒸镀形成一第一包覆层；以及于该第一包覆层上以电浆辅助化学气相沈积形成一第二包覆层；其中，该第二包覆层的密度高于该第一包覆层。