[发明专利]一种通过化学气相沉积制备晶圆级二维In2

说明书

一种通过化学气相沉积制备晶圆级二维In₂Se₃薄膜的方法；属于晶圆级二维半导体材料薄膜制备领域。本发明要解决现有机械剥离法制备获得的二维In₂Se₃尺寸过小且难以控制，以及脉冲激光沉积制备成本过高、性能较差的技术问题。本发明的方法：一、配置硝酸铟溶液，过滤；二、量取步骤一所得溶液，高速旋涂于晶圆级尺寸的基底上，进行加热除杂后再受热分解，得到氧化铟薄膜，再对氧化铟薄膜进行高温退火处理；三、对氧化铟薄膜置于CVD炉中进行原位硒化处理，得到大尺寸二维In₂Se₃薄膜。本发明合成得到的二维In₂Se₃薄膜尺寸大、均匀度好、表面清洁，用于制作大面积、集成化电子和光电器件。

技术领域

本发明属于晶圆级二维半导体薄膜制备领域；具体涉及一种通过化学气相沉积制备晶圆级二维In₂Se₃薄膜的方法。

背景技术

2010年诺贝尔物理学奖得主Andre Geim和KonstantinNovoselov通过胶带剥离石墨得到单层石墨烯，表现出极好的载流子迁移率(2×10⁵cm²V^-1s^-1)，由此打开二维材料的研究领域。但是石墨烯本征零带隙导致其无法作为高性能场效应晶体管以及光电探测器的沟道材料使用，从而使其他类石墨烯材料成为相关研究的优选对象。In₂Se₃是Ⅲ-Ⅵ族半导体材料，具有层状结构和较小的直接带隙能带，对可见光与近红外光均有很好的光响应性与光吸收性，同时也具有优异的电子迁移率与稳定性，是当今研究的热门材料。

然而，目前关于大面积二维In₂Se₃薄膜制备领域报道较少。最早，2013年华盛顿州立大学的Xin Tao和Yi Gu采用机械剥离法首次获取二维In₂Se₃薄膜，该方法获得薄膜质量较高但产率低，得到的薄膜尺寸很小(微米级)且形状尺寸复现困难，不利于大规模生产。之后人们又采用脉冲激光沉积的方法，得到晶圆级尺寸的二维In₂Se₃薄膜，但其因设备昂贵，晶粒细小，生产所需的原材料成本过高且操作流程复杂等问题，使得大面积二维In₂Se₃薄膜的合成仍然是一个难题。

发明内容

本发明要解决现有机械剥离获得的二维In₂Se₃薄膜产率低、尺寸过小且难以控制的问题，以及脉冲激光沉积成本高，不利于大规模生产与应用的技术问题，提供了一种通过化学气相沉积制备晶圆级二维In₂Se₃薄膜的方法。

为解决上述问题，本发明的一种通过化学气相沉积制备晶圆级二维In₂Se₃薄膜的方法按照以下步骤进行：

步骤一、取用一定量块状硝酸铟固体加入有机溶剂，配制一定浓度的硝酸铟溶液，并将溶液加热搅拌足够的时间，然后对溶液进行过滤；

步骤二、将步骤一所得溶液按一定量取用，高速旋涂于晶圆级尺寸的基底上得到硝酸铟薄膜，然后进行加热除杂后再受热分解，得到氧化铟(In₂O₃氧化物半导体材料)薄膜，并对氧化铟薄膜进行高温退火处理；

步骤三、将步骤二所得薄膜置于CVD炉中在氩气与氢气氛围下进行高温硒化，得到大尺寸二维In₂Se₃薄膜。

进一步限定，步骤一中所述有机溶剂为乙二醇甲醚(2-Me)。

进一步限定，步骤一中所述块状硝酸铟固体为硝酸铟水合物(In(NO₃)₃·xH₂O)。