[发明专利]一种薄层石墨烯/二硫化钼侧向异质结的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到二维材料异质结制备领域，更具体的涉及到一种薄层石墨烯/二硫化钼侧向异质结的制备方法。

背景技术

石墨烯等二维材料的开发以来，其表现出来的优异性能吸引了众多科研工作者的目光。单独的二维材料，表现出来的性质，难免会有一些不尽如人意的地方，例如虽然石墨烯具有零带隙的特点，可以吸收波长很长的光，甚至能到中红外波段，但是其吸光率较差，只有2.3％，那么材料对光的响应就会受到限制。这就大大限制了材料的实际应用。寻找什么样的解决方法呢？二维材料异质结就成为了人们所关注的一个解决办法。所谓的二维材料异质结，就是采用特定的方法，将两种或者多种二维材料堆叠或者连接在一起，从而使其连接成一种结型结构，这样就可以在材料利用的方面增加一些互补的特性，极大的丰富了二维材料的使用方式，而现有的异质结制备方法，多数是通过两种二维材料分别制备，并且将其中一种通过转移的方式堆叠到另一种材料的上面实现异质结合，转移的过程就会带来少许污染，甚至会影响两种材料的结合。而且由于材料的尺寸通常都比较小，人工操作起来就增大了制备难度，加大了制备的周期和时间成本，限制了异质结材料的大规模量化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于二维材料的异质结的制备方法，所解决的技术问题是减少了现有转移等方法制备异质结所带来的污染，缩短了制备时间，降低了制备难度，得到异质结材料，有利于后续应用的进行。

本发明所提供的薄层石墨烯/二硫化钼侧向异质结的制备方法，包括硅/二氧化硅衬底，在衬底上二氧化硅上面的石墨烯-二硫化钼异质结，即在硅上为二氧化硅，石墨烯-二硫化钼异质结中石墨烯和二硫化钼并行在二氧化硅层上，一侧为石墨烯一侧为二硫化钼，形成侧向连接石墨烯-二硫化钼结型二维材料；

一种薄层石墨烯/二硫化钼侧向异质结的制备方法，包括以下的步骤：

(1)使用高定向热解石墨片为原料，使用机械剥离法在洁净的硅/二氧化硅衬底基片上的一侧制备薄层的石墨烯薄膜；

(2)制备好的一侧具有薄层石墨烯的硅/二氧化硅衬底基片先后用丙酮、异丙醇、去离子水浸泡，洁净材料及衬底；

(3)将一侧具有薄层石墨烯的硅/二氧化硅衬底基片直接置于CVD反应炉，通过调整硫源和钼源的位置，在所述的具有石墨烯的硅/二氧化硅衬底上侧向生长薄层二硫化钼，获得石墨烯/二硫化钼异质结。

优选的，上述制备方法中所述的石墨烯在剥离前要经过加热5～6分钟。

优选的，上述制备方法中所述的石墨烯在剥离前要加热的温度范围是90～100摄氏度

优选的，上述制备方法中所述的石墨烯制备结果的层数为1～5层。

优选的，上述制备方法中所长出的二硫化钼，是以石墨烯边缘为形核点，随时间变化而长成异质结材料。

优选的，上述制备方法中长出的二硫化钼后形成所述的异质结为两种材料侧向无缝连接的异质结，并非垂直叠加的异质结。

本发明中，上述制备方法中所述的衬底材料为微电子研究中常用的硅/二氧化硅衬底材料，方便科研应用。另外，还可以通过腐蚀氧化层的方法将异质结薄膜转移至目标衬底。

上述的制备方法中，所述的方法还包括步骤中(1)之前衬底的清洗过程以及氧等离子体对衬底表面的亲水性处理过程。

本发明的最关键的机理分析：

上述的石墨烯以及二硫化钼等二维材料的特点之一就是表面没有悬挂键，考虑这个客观因素，制备异质结材料的路线就是利用石墨烯的边缘作为二硫化钼生长的形核点，在石墨烯周围原位进行二硫化钼材料的沉积，并且会沿着衬底在石墨烯的周围外延长大，直到CVD炉温度开始下降的那一刻。

本发明制备方法的有益效果如下：

本发明中，分别采用机械剥离以及化学气相沉积法，先后制备了薄层石墨烯以及以石墨烯边界为形核点并且沿着二氧化硅衬底生长的二硫化钼，使二者形成侧向无缝连接的异质结材料，在结构上与现有的垂直堆垛的异质结材料有很大不同。与现有的通过两次转移法而制备的具有垂直结构的二维材料异质结构相比，减小了制备结材料操作的难度，避免了转移石墨烯以及转移二硫化钼使用PMMA带来的残胶污染。降低了制备的时间周期，提高了异质结制备的成功率。并且此种方法在以后的大面积侧向异质结的生产制备中具有广泛的应用前景，很有希望为异质结材料在其他领域的应用铺平道路。

附图说明

图1为衬底是硅/二氧化硅的石墨烯薄层光学显微镜形貌的图像；

图2位衬底是硅/二氧化硅的石墨烯薄层的拉曼光谱表征的谱图；