过渡金属硫族化合物同质结、同质结二极管及同质结的制备制造技术

本发明专利技术主要属于同质结制备技术领域，具体涉及一种过渡金属硫族化合物同质结及其制备方法。所述方法采用过渡金属硫族化合物纳米片为原料，在所述过渡金属硫族化合物纳米片一部分区域的上方设置保护层进行保护，使用酸处理过渡金属硫族化合物纳米片的未保护区域，以修复过渡金属硫族化合物纳米片的结构缺陷，从而在过渡金属硫族化合物纳米片的保护与未保护区域形成过渡金属硫族化合物同质结。通过本发明专利技术所述方法制备获得的同质结的结构，受环境影响较小，表现出良好的稳定性、可操作性极强，不需要高温退火，并且不需要掺杂工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要属于同质结制备
，具体涉及过渡金属硫族化合物同质结、同质结二极管及同质结的制备方法。
技术介绍
相比于异质结，同质结以其完美匹配的能带结构带来的更小的界面接触电阻，更少载流子陷阱，良好的整流特性和超高的光电转换效率，在电子学、光电子学等领域受到了广泛的关注。另一方面，2004年以来以石墨烯为代表的二维纳米材料，在包括电子学和光电子学领域取得了重要进展。2011年，瑞士的B.Radisavljevic等人发现单层二硫化钼为代表的过渡金属硫族化合物，这或将成为下一种值得研究的二维纳米材料。不同于石墨烯的零带隙，具有和石墨烯相似非凡特性的二硫化钼有禁带，是天然的半导体。它的单原子层片表现出合适的直接带隙、高的光吸收效率、稳定的化学性质等优异特征。由于这些特征制作出来的器件表现出良好的性能，譬如其中二硫化钼单原子层场效应晶体管的开关比高达108。此外超薄的二维纳米材料的应用对于未来柔性、透明、可穿戴的电子和光电子等方面器件的发展有着极其重大的意义。然而现存用于构建二维纳米材料同质结的方法不多，且效果均不甚理想，很难胜任未来高性能器件的发展需要。现存的构建方法主要可以分为两类:一、传统的掺杂，主要表现为高温退火在材料结构上插入或者替换为其他原子。这种方式稳定性很好，但是很难在同一材料上实现部分区域掺杂，所以同质结的构建过程仅限于垂直叠加两种不同类型得半导体材料。这种叠加方式不仅涉及到精确转移等复杂工艺，而且制备的同质结二极管都表现出接触电阻过大、界面载流子缺陷过多、光电转换效率低等不足。二、表面掺杂，其原理为利用半导体材料和掺杂剂之间的化学电势差实现电荷的转移，从而调节体内载流子浓度。但是物理吸附在样品表面的掺杂剂易受环境影响脱落，从而影响掺杂稳定性。而且掺杂剂容易与周围的活性物质发生反应，所以也影响制备同质结的寿命。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种过渡金属硫族化合物同质结制备方法。所述方法旨在提供一个能摆脱复杂的高温退火和不稳定化学掺杂，简便可行的同质结构建新途径。通过本专利技术所述方法制备获得的同质结的结构，受环境影响较小，表现出良好的稳定性、可操作性极强，不需要高温退火，并且不需要掺杂工艺。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种过渡金属硫族化合物同质结的制备方法，采用过渡金属硫族化合物纳米片为原料，对所述过渡金属硫族化合物纳米片的一部分区域进行保护，对所述过渡金属硫族化合物纳米片的未被保护区域进行酸处理以修复过渡金属硫族化合物纳米片的结构缺陷，在过渡金属硫族化合物纳米片的被保护区域与未被保护区域形成过渡金属硫族化合物同质结。进一步地，所述方法包括以下步骤：（1）将基底先后放入丙酮、乙醇、去离子水三种溶液中，在每种溶液中各超声清洗8-10分钟后，取出，氮气吹干；（2）制备过渡金属硫族化合物纳米片；采用机械剥离法，化学气相沉积法或液相插层法进行制备；（3）将步骤（2）制备获得的过渡金属硫族化合物纳米片转移至步骤（1）清洗后的基底上，获得带有基底的过渡金属硫族化合物纳米片；（4）对过渡金属硫族化合物纳米片的一部分区域进行保护以使被保护区域不被酸处理影响，对所述过渡金属硫族化合物纳米片的未被保护区域进行酸处理，制备获得过渡金属硫族化合物同质结。进一步地，步骤（4）具体为：在所述过渡金属硫族化合物纳米片的一部分区域的上方搭建保护层；将步骤（3）带有基底的过渡金属硫族化合物纳米片浸泡在酸溶液中20-30min，然后用去离子水清洗，制备获得过渡金属硫族化合物同质结。进一步地，步骤（4）具体为：将所述过渡金属硫族化合物纳米片的一部分区域进行悬空保护，将过渡金属硫族化合物纳米片未被悬空的区域浸泡在酸溶液中20-30min，然后用去离子水清洗，制备获得过渡金属硫族化合物同质结。进一步地，步骤（4）具体为：将所述过渡金属硫族化合物纳米片的一部分区域与固体酸接触以进行酸处理，过渡金属硫族化合物纳米片的未与固体酸接触的部分为保护区域，制备获得过渡金属硫族化合物同质结。进一步地，在步骤（2）中，制备获得的过渡金属硫族化合物纳米片为二硫化钼MoS2纳米片、二硒化钼MoSe2纳米片、二硫化钨WS2纳米片、或二硒化钨WSe2纳米片，所述过渡金属硫族化合物纳米片的厚度为0.01nm-100nm。进一步地，在步骤（5）酸处理修复中，使用的酸为非氧化性酸，具体为双三氟甲基磺酰亚胺、卤酸、聚苯乙烯磺酸、甲酸或乙酸。一种过渡金属硫族化合物同质结，所述同质结包括一基底、一过渡金属硫族化合物纳米片，所述过渡金属硫族化合物纳米片包括被保护区域与未被保护区域，所述被保护区域中的过渡金属硫族化合物纳米片未经过酸处理，所述未被保护区域中的过渡金属硫族化合物纳米片经过酸处理。一种过渡金属硫族化合物同质结二极管，所述同质结二极管包括所述同质结，在所述同质结二极管中，在所述同质结的两侧分别设置有一个电极。本专利技术的有益技术效果：本专利技术所述方法充分利用二维材料过渡金属硫族化合物纳米片的本征缺陷，其本征缺陷主要表现出硫(硒)空位，这一缺陷使其带有很多电子，表现出n（p）型半导体的特征；同时过渡金属硫族化合物纳米片也存在硫（硒）团簇，这一点也于近年来通过STM等表征手段得到了充分证实。由于二维材料样品较薄，使用酸处理可以使整个样品受到同等作用。酸处理会剪断硫（硒）团簇与样品表面硫（硒）原子的连接，而且被剪下来的硫（硒）团簇极易被周围的硫空位捕获，进而填补修复硫（硒）空位。硫（硒）空位的修复表现出缺陷减少和电子浓度降低，在酸处理与未处理的交界线处就会出现电子浓度差，表现出了费米能级的不同，从而形成一个同质结。同时，利用本专利技术所述方法制备获得的同质结的界面电阻极小，能带完全匹配，因此该同质结的电流电压曲线会表现出理想的整流特性。本专利技术提供的同质结二极管为一种光电二极管，相比于没有内建电场（同质结或肖特基结产生的一种电场）过渡金属硫族化合物光电晶体管；光照时，同质结二极管中过渡金属硫族化合物纳米片吸收光，电子从价带激发到导带，从而产生光生电子空穴对，在同质结内建电场的作用下，电子空穴迅速分离，从而可以提高光电转换效率；。在同质结两端欧姆电极形成的电学回路中，表现出光电流，实现光探测和光伏效应，为未来太阳能电池、自驱动光电探测器的发展奠定良好的基础。同时本专利技术中所述过渡金属硫族化合物纳米片为二维材料，具有超薄特性，具有较高柔软度和透明度，在未来下一代高性能柔性、透明、可穿戴的电子和光电器件的应用，它的优势是无可比拟的。附图说明图1为一种过渡金属硫族化合物同质结二极管的结构示意图；图2为一种过渡金属硫族化合物同质结二极管的结构示意图；图3为实施例三中的同质结二极管的电流-电压曲线；附图标记：1.电极、2.保护层。3.过渡金属硫族化合物纳米片、4.基底、5.酸、6.电极与酸共同体、7.沟道层。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。相反，本专利技术涵盖任何由权利要求定义的在本专利技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本专利技术有更好的了解，在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过渡金属硫族化合物同质结的制备方法，其特征在于，采用过渡金属硫族化合物纳米片为原料，对所述过渡金属硫族化合物纳米片的一部分区域进行保护，对所述过渡金属硫族化合物纳米片的未被保护区域进行酸处理以修复过渡金属硫族化合物纳米片的结构缺陷，在过渡金属硫族化合物纳米片的被保护区域与未被保护区域形成过渡金属硫族化合物同质结。

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属硫族化合物同质结的制备方法，其特征在于，采用过渡金属硫族化合物纳米片为原料，对所述过渡金属硫族化合物纳米片的一部分区域进行保护，对所述过渡金属硫族化合物纳米片的未被保护区域进行酸处理以修复过渡金属硫族化合物纳米片的结构缺陷，在过渡金属硫族化合物纳米片的被保护区域与未被保护区域形成过渡金属硫族化合物同质结。2.根据权利要求1所述过渡金属硫族化合物同质结的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：（1）将基底先后放入丙酮、乙醇、去离子水三种溶液中，在每种溶液中各超声清洗8-10分钟后，取出，氮气吹干；（2）制备过渡金属硫族化合物纳米片；（3）将步骤（2）制备获得的过渡金属硫族化合物纳米片转移至步骤（1）清洗后的基底上，获得带有基底的过渡金属硫族化合物纳米片；对过渡金属硫族化合物纳米片的一部分区域进行保护以使被保护区域不被酸处理影响，对所述过渡金属硫族化合物纳米片的未被保护区域进行酸处理，制备获得过渡金属硫族化合物同质结。3.根据权利要求2所述过渡金属硫族化合物同质结的制备方法，其特征在于，步骤（4）具体为：在所述过渡金属硫族化合物纳米片的一部分区域的上方搭建保护层；将步骤（3）带有基底的过渡金属硫族化合物纳米片浸泡在酸溶液中20-30min，制备获得过渡金属硫族化合物同质结。4.根据权利要求2所述过渡金属硫族化合物同质结的制备方法，其特征在于，步骤（4）具体为：将所述过渡金属硫族化合物纳米片的一部分区域进行悬空保护，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，张先坤，张铮，刘硕，林沛，申衍伟，杜君莉，柳柏杉，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11