[发明专利]一种基于碱金属溶液催化的二硫化钼制备方法

说明书

本发明公开了一种基于碱金属溶液催化的二硫化钼制备方法，属于二硫化钼生产技术领域，主要解决的是现有生产方式存在面积覆盖率小、多晶结构的技术问题，所述方法为在生长二硫化钼薄膜前先用碱金属溶液浸泡衬底。本发明可以制备大面积的单晶二硫化钼。

技术领域

本发明涉及二硫化钼生产技术领域，更具体地说，它涉及一种基于碱金属溶液催化的二硫化钼制备方法。

背景技术

二硫化钼(MoS₂)是一种研究最广泛的过渡金属硫属化合物二维材料，在微电子和光电子器件中具有广阔的应用前景。与零带隙的石墨烯相比，MoS₂的块体结构到单层结构具有1.2eV～1.8eV的可调带隙。具有直接带隙结构的单层MoS₂展现出独特的光学、电学和机械性能，在场效应管、光电探测器、太阳能电池、生物传感器、柔性器件以及电催化析氢等实际领域中有着重要的应用前景。

目前制备单层二硫化钼的方法大体上分为两类：一类是利用MoS₂层间较弱的范德华力从块体材料剥离的至上而下的制备方法，主要包括微机械剥离法和液相剥离法，制备MoS₂的质量虽高，但尺寸小，均匀性差。另一类是利用物理或化学反应的至下而上的制备方法，包括化学气相沉积(CVD)、金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)、原子层沉积(ALD)和物理气相沉积(PVD)等。CVD是采用不同的钼源和硫源，让他们在特定的条件下发生化学反应，在目标衬底上沉积一层MoS₂薄膜，CVD由于工艺成熟且产量高，能制备出大面积均匀的大尺寸单层MoS₂薄膜，成为大量科研人员和工业界制备纳米材料的最有效的使用方法。

传统的化学气相沉积是以三氧化钼(MoO₃)固体和硫粉为原料来制备单层二硫化钼薄膜，由于生长过程中衬底表面前驱体的气体压强较小，而且未经配体处理的衬底，成核的形成能比较大，表面活性低，成核速率慢，成核位点少，导致制备的二硫化钼样品尺寸偏小，面积覆盖率较小，生长晶畴位置随机且常为多晶结构，而更多的晶界会大大降低器件的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种可以制备大面积的基于碱金属溶液催化的单晶二硫化钼制备方法。

本发明的技术方案是：一种基于碱金属溶液催化的二硫化钼制备方法，在生长二硫化钼薄膜前先用碱金属溶液浸泡衬底。

作为进一步地改进，所述碱金属溶液为氯化钠溶液，质量百分浓度为1％～3％。

进一步地，所述衬底为SiO₂/Si衬底，包括具体步骤如下：

S1.在第一厚度的SiO₂/Si衬底上预镀一层第二厚度的钼膜；

S2.对所述钼膜表面进行氧等离子体处理；

S3.对所述SiO₂/Si衬底进行清洗；

S4.将所述SiO₂/Si衬底放入所述碱金属溶液中浸泡设定时间，并将所述SiO₂/Si衬底烘干；

S5.将所述SiO₂/Si衬底放置在管式炉高温区，将硫粉放置在上游的陶瓷加热带；

S6.使用保护气体将所述管式炉内的气体置换，置换完成后持续通入所述保护气体作为载流气体；

S7.以第一加热速率对所述高温区加热至生长温度并保持生长时间，当所述高温区加热至第一温度时，以第二加热速率对所述陶瓷加热带加热至第二设定温度；

S8.生长时间结束后在所述保护气体的环境下自然冷却至室温。