[发明专利]一种采用MOCVD设备制备硫化钼二维材料的方法

说明书

本发明公开了一种采用MOCVD设备制备硫化钼二维材料的方法，在Sapphire衬底上多步生长MoS₂二维材料，包括：采用Sapphire作为衬底；将Sapphire衬底传送至MOCVD设备内；MOCVD腔内通入N₂气体；升温到达恒温生长温度，腔内初始压强为90Torr；通入H₂S作为硫气源；通入MO(CO)₆作为钼气源，形核；分步降低腔内压强，促使形核晶粒横向生长，得到生长在Sapphire衬底上的MoS₂二维材料。本发明提供的制备方法具有生长工艺简单、材料厚度可控、质量高等优点。通过本发明提供的制备方法，生长出禁带宽度可调，可用于柔性芯片应用的MoS₂二维材料。

技术领域

本发明涉及硫化钼二维材料技术领域，具体涉及一种采用MOCVD设备制备硫化钼二维材料的方法。

背景技术

单层过渡金属硫属化物，因为在力学，热学，光学，电学等基础物理学方面有着诸多优异特性，近年来受到了人们广泛关注。其中，单层二硫化钼是最典型的过渡金属硫属化物，由于来源广泛，相对稳定性好，更多的被人们研究。目前，人们已经发展了多种制备二硫化钼的方法，MOCVD方法被公认是制备大尺寸均匀二维材料的最佳方法。同时，想要生长厚度可控、大规模高质量的MoS₂材料，衬底的晶格匹配至关重要，因此我们采用Sapphire作为衬底，MOCVD方法制备MoS₂二维材料。MoS₂材料生长普遍采用一步到底的方法，即从最开始的MoS₂形核到薄膜缝合都在同个条件下完成，这种方法的不足之处是形核密度，晶核生长方向很难控制，很难实现均匀的单层MoS₂薄膜。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供了一种采用MOCVD设备制备MoS₂(硫化钼)二维材料的方法，在Sapphire(蓝宝石)衬底上多步生长MoS₂(硫化钼)二维材料，所述方法采用多步MoS₂二维材料生长，分别控制材料形核和晶核生长的条件，有效控制MoS₂形核密度，晶核生长方向，具有单层薄膜厚度可控的优点。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种MOCVD设备，包括：MOCVD腔体、设置在所述MOCVD腔体内的石英石以及设置在所述MOCVD腔体上的气源进口和气源出口；

一种采用MOCVD设备制备MoS₂(硫化钼)二维材料的方法，包括如下步骤：

(1)采用蓝宝石衬底；

(2)将蓝宝石衬底置于MOCVD腔体内的石英石上，从气源进口通入保护性气体，MOCVD腔体内压强控制在80Torr～100Torr；

(3)将MOCVD腔体内升温至生长温度900℃～1100℃，先从气源进口通入H₂S作为硫气源，H₂S通入5～20分钟之后再从气源进口通入Mo(CO)₆气源，同时保持H₂S的通入，在压强80Torr～100Torr、生长温度900℃～1100℃进行MoS₂恒温形核，进行第一步反应；

保持H₂S和Mo(CO)₆气源的通入，通入降低MOCVD腔体内压强至40Torr～60Torr，促使MoS₂晶核横向生长，在压强40Torr～60Torr、900℃～1100℃进行第二步反应；