[发明专利]一种晶圆级MoS2

说明书

本发明公开了一种晶圆级MoS₂单层薄膜的制备方法，包括S1在衬底上依次生长缓冲层及GaN外延层；S2在GaN外延层上生长厚度均匀的MoS₂层薄膜外延；S3在MoS₂层上敷满PMMA苯甲醚溶液，匀胶后加热固化，得到PMMA层；S4在PMMA层上沉积保护层，得到晶圆片；S5将晶圆片置于腐蚀液中，直至晶圆片外圈充满气泡；S6剥离及清洗后，退火改善MoS₂与GaN层界面质量，完成晶圆级MoS₂单层薄膜的制备。本发明成功制备晶圆级MoS₂单层薄膜，与传统的CMOS工艺相兼容，在制备过程中无复杂操作和其他有害副产物产生，同时运用该工艺重现性和可控性良好，推动了未来二维材料与器件在集成领域的发展。

技术领域

本发明属于二维材料制备领域，具体涉及一种晶圆级MoS₂单层薄膜的制备方法。

背景技术

近年来，以石墨烯为代表的二维材料引起了国际上的广泛关注，这些超薄的二维材料，具有1nm以下的厚度，拥有与体材料截然不同的新奇特性，在电子器件、生物医学和催化等领域展现出巨大的应用潜力。但是，石墨烯的零带隙特性是限制其在电子学领域应用的重要因素之一。在这方面，二维过渡金属硫属化合物具有天然的半导体特性，被科学界认为是延续摩尔定理的理想材料。其中，二硫化钼(molybdenum disulfide，MoS₂)是一种典型的过渡金属硫属化合物，具有硫(S)-钼(Mo)-硫(S)的三明治结构。与体材料相比，二维MoS₂具有优异的柔韧性、透明度以及较高的室温载流子迁移率，特别地，二维MoS₂具有直接带隙特性且其带隙约为1.8eV，更加满足未来半导体器件更薄、更轻、更灵敏的应用需求，在柔性电子器件、大规模集成电路以及超灵敏光电探测器等领域有着广阔的应用前景。

为了实现二维MoS₂在规模化电子器件及集成电路等领域的产业化应用，高质量、晶圆级MoS₂单层薄膜的制备显得尤为重要。为此，国内外研究者们采用各种制备工艺来获得MoS₂单层薄膜，包括磁控溅射、原子层沉积、化学气相沉积、脉冲激光沉积以及机械剥离法等。然而，不可否认的是，薄膜尺寸及晶向或层数不可控，单层及少层薄膜产率低的问题仍亟待解决。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种晶圆级MoS₂单层薄膜的制备方法。本方法是一种“自下而上”外延生长与“自上而下”剥离工艺相结合的技术方案。

本发明采用如下技术方案：

一种晶圆级MoS₂单层薄膜的制备方法，包括如下步骤：

S1在衬底上依次生长AlN缓冲层、Al_xGa_1-xN多层缓冲层及GaN外延层；

S2以硫和氧化钼粉末为源，在GaN外延层上生长厚度均匀的MoS₂层薄膜外延；

S3在MoS₂层敷满PMMA苯甲醚溶液，匀胶后加热固化，得到PMMA层；

S4在PMMA层上沉积SiO₂保护层，得到晶圆片；

S5将晶圆片置于腐蚀液中去除晶圆片边缘的GaN外延层，直至晶圆片外圈充满气泡，剥离PMMA后制得与GaN外延层紧密贴合的单层MoS₂薄膜；

S6清洗后，退火改善MoS₂与GaN外延层界面质量，完成晶圆级MoS₂单层薄膜的制备。