[发明专利]一种原位控制法制备过渡金属硫属化物平面异质结的方法

说明书

本发明公开了一种原位控制法制备过渡金属硫属化物平面异质结的方法，属于二维半导体材料技术领域。本发明利用目前公认的最有效生长的化学气相沉积法制备过渡金属硫属化物平面异质结，相比现有的两步法生长，本发明使用钼酸铵((NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O)与钨酸铵((NH₄)₁₀W₁₂O₄₁·xH₂O)的溶液来作为前驱体，并且通过移动钼源与钨源于衬底的正下方进行沉积，本发明无需人工进行二维材料的二次转移堆叠，重复性好，过程快速高效，连续可控地制备了高质量低成本的平面异质结，避免了交叉污染的问题；并且水溶性前驱体溶液同时具备环保、便宜、稳定和易溶于水等优点。

技术领域

本发明涉及一种原位控制法制备过渡金属硫属化物平面异质结的方法，属于二维半导体材料技术领域。

背景技术

二维层状过渡金属硫属化合物(TMDs)一般由两个硫族元素和一个金属元素构成，即MX₂，其中M＝钼(Mo)、钨(W)；X＝硫(S)、硒(Se)，TMDs由于其出色的光学，电子和机械性能而受到了广泛的关注。TMDs由于具有相对较大的带隙，当厚度逐渐减小为单层，其能带结构从间接带隙过渡到直接带隙，强自旋轨道耦合产生的独特手性光电子特性，使它们提供了令人兴奋的机会来研究新型低功耗数字电子和光电设备。此外，这些MX₂单分子层可以通过堆叠/组合来创建具有独特几何特征和能带结构的新型垂直或横向异质结构，其中平面异质结能够表现出的内在p-n结特性，例如整流特性和光伏效应，有望应用于未来的微纳光电子器件。

目前制备二维层状过渡金属硫属化合物(TMDs)异质结的方法包括：1.通过机械堆叠形成垂直异质结。使用共层压和机械转移技术在280nm厚的SiO₂涂层的Si基板上制造备范德华堆叠的MoS₂/WSe₂异质结器件，观察到跨p-n界面的可调谐二极管状电流整流和光伏响应。(Lee C-H,Lee G-H,Van Der Zande A M,et al.Atomically thin p-n junctionswith van der Waals heterointerfaces[J].Nature Nanotechnology,2014,9(9):676-681)；2.化学气相沉积(CVD)“一步”法。将水溶性溶液四水合钼酸铵(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O和钨酸铵水合物(NH₄)₁₀W₁₂O₄₁·xH₂O作为钼源和钨源，通过一步式常压CVD形成高质量的WS₂/MoS₂平面内异质结构。(Chen K,Wan X,Xie W,et al.Lateral Built-In Potential ofMonolayer MoS₂-WS₂ In-Plane Heterostructures by a Shortcut Growth Strategy[J].Advanced Materials,2015,27(41):6431)；3.CVD“两步”生长法。MoSe₂首先是通过CVD方法生长，然后将生长中的MoSe₂/SiO₂/Si转移到另一个CVD装置中，沿着MoSe₂的边缘和顶表面外延生长WSe₂、MoSe₂。跨MoSe₂单层和WSe₂/MoSe₂双层的电子和光电传输测量显示出清晰的整流特性和光伏效应，表明形成了p-n异质结。然而从第一个CVD装置转移到第二个CVD装置期间，MoSe₂的边缘在暴露于环境条件后可能被钝化(Gong Y,Lei S,Ye G,et al.Two-Step Growth of Two-Dimensional WSe₂/MoSe₂ Heterostructures[J].Nano Letters,2015,15(9):6135-6141)。