一种单晶二硒化钨单分子层薄膜的制备方法技术

本发明专利技术提供单晶二硒化钨单分子层薄膜的制备方法，在生长基片表面悬涂种子材料置于石英舟内，然后再在具有种子材料的生长基片表面覆盖钨箔片；在生长基片附近放置氯化钠粉末；通入含有硒的气体，调整反应器内压强；高温反应后，在生长基片表面获得单晶二硒化钨单分子层薄膜。本方法操作步骤简单，原料易得，所得产品纯度高，质量好，主要用于半导体、光电器件、逻辑器件等领域。逻辑器件等领域。逻辑器件等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种单晶二硒化钨单分子层薄膜的制备方法


[0001]本专利技术属于半导体材料领域，涉及单晶单分子层薄膜的制备方法，尤其是单晶二硒化钨薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]2004年由英国曼彻斯特大学物理学家Geim、Novoselov发现的石墨烯是人们认知的首个二维材料。二维材料具有与三维块体材料截然不同的奇异性质，如量子尺寸效应、量子隧穿效应，量子干涉效应、二维电子气和量子霍尔效应等，在半导体电子和光电子器件等领域具有极大的潜力。随着研究的深入，科研人员发现虽然石墨烯具有许多优异的电、光、力等性质，但是其零带隙的结构，使石墨烯呈现金属的特性，极大的限制了石墨烯在电子器件，尤其是逻辑器件的应用。最近研究人员发现以二硫化钼为代表的过渡金属硫属化合物因为具有优异的物理化学性质以及原子层厚度的特点引起了人们的关注。二硫化钼在地球上具有丰富的存储，然而其高的硫缺陷浓度，致使二硫化钼往往表现出n型半导体特性。虽然许多科学工作者尝试开展p型二硫化钼的研究，以满足未来对二硫化钼基CMOS电路的要求，但p型掺杂会导致二硫化钼电学性质大幅下降。最近，瑞士科学家采用大数据计算研究发现，具有层状结构的过渡金属硫族化合物超过500种，然而对这些材料的合成制备却相对较难，尤其是单晶质量薄膜的制备进展非常缓慢。
[0003]二硒化钨也是过渡金属硫属化合物这一大类材料中的一种，它的费米能级处于禁带中心，表现出显著的双极性半导体特性。此外，二硒化钨的载流子迁移率通常比二硫化钼高出很多，因此二硒化钨有发展成为未来超短沟道CMOS电路的可能。当前二硒化钨的制备方法主要有机械剥离法、化学气相沉积法等。机械剥离法具有操作简单、成本低等优点，但所制备的二硒化钨薄膜随机分布、厚度不受控制且表面往往残留污染物，这些缺点大幅降低其在工业应用中的可能。化学气相沉积法在原料选择上多用三氧化钨作为钨源与硒单质分别升华，在基片上反应以实现薄膜沉积生长。但该方法受三氧化钨蒸汽稳定性差的影响，所制备的二硒化钨薄膜往往成核密度高，导致薄膜呈现多晶的特点。此外载气中的氢气将与三氧化钨反应，所产生的水蒸气将对二硒化钨薄膜产生刻蚀作用，在二硒化钨薄膜中引入大量的缺陷，降低了薄膜晶体质量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述缺点，提供一种原料易得、操作简单、所得产品纯度高、质量好的单晶二硒化钨单分子层薄膜的制备方法。
[0005]本专利技术一种单晶二硒化钨单分子层薄膜的制备方法，其步骤如下。
[0006]1）在生长基片表面悬涂种子材料置于石英舟内，然后再在具有种子材料的生长基片表面覆盖钨箔片。
[0007]2）在生长基片附近放置氯化钠粉末。
[0008]3）通入含有硒的气体，调整反应器内压强。
[0009]4）高温反应后，在生长基片表面获得单晶二硒化钨单分子层薄膜。
[0010]本专利技术单晶二硒化钨单分子层薄膜的制备方法的优点在于原料易得，操作简单，制备出的二硒化物单晶纯度高，质量好，晶界较少。使用钨箔在硒气氛且高温环境下，钨箔表面优先形成硒化钨纳米颗粒，这种硒化钨纳米颗粒均匀分布在钨箔表面，并蒸发形成蒸汽，在生长基片表面沉积实现二硒化钨单分子层薄膜的生长。其特点在于作为平面钨源较以前采用三氧化钨粉末作为原料，具有更稳定的钨蒸汽，且钨箔与生长基片间形成的小空间提高了二硒化钨薄膜的生长速度及生长质量。采用该方法制备的二硒化钨单分子层薄膜具有三角形、六边形单晶的几何形状。此外，本专利技术的另一优点在于使用单质钨和单质硒，反应所需蒸汽内不含其他元素，有效抑制了副产物的产生，提高了产品的纯度，也减少了因副产物的产生而对二硒化钨薄膜产生的刻蚀等危害。生长基片表面的种子将大幅提高二硒化钨薄膜的初始形核密度，提高其生长产率。
附图说明
[0011]图1. 采用本专利技术专利制备单晶二硒化钨单分子层薄膜的方法示意图。
具体实施方式
[0012]实施例1：本专利技术制备单晶二硒化钨单分子层薄膜的方法步骤如下。
[0013]1）在硅基片表面悬涂厚度为20纳米的PMMA后置于石英舟里，再在具有PMMA的硅基片表面上方5毫米处覆盖纯度在99.98%以上、厚度为1毫米的钨箔片。
[0014]2）在硅基片的上游端1厘米处放置0.1克氯化钠粉末。
[0015]3）加热硒粉至300℃使其升华，与含氢气20%的氩气氢气混合器混合后，以100sccm的流速通入反应器中，调整反应器内压强至160帕斯卡。
[0016]4）加热至850℃后在850℃下反应5分钟，在硅基片表面获得单晶二硒化钨单分子层薄膜。
[0017]采用该方法制备的单晶二硒化钨单分子层薄膜尺寸达到50微米。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶二硒化钨单分子层薄膜的制备方法，其特征在于如下步骤：1）在生长基片表面悬涂种子材料置于石英舟内，然后再在具有种子材料的生长基片表面覆盖钨箔片；2）在生长基片附近放置氯化钠粉末；3）通入含有硒的气体，调整反应器内压强；4）高温反应后，在生长基片表面获得单晶二硒化钨单分子层薄膜。2.如权利要求1所述的单晶二硒化钨单分子层薄膜的制备方法，其特征在于生长基片可以是石英基片、玻璃基片、蓝宝石单晶基片、硅基片、云母基片中的一种。3.如权利要求1所述的单晶二硒化钨单分子层薄膜的制备方法，其特征在于所指的种子材料可以是酞菁分子、卟啉分子、PEDOT、PTAS、PMMA中的一种。4.如权利要求1所述的单晶二硒化钨单分子层薄膜的制备方法，其特征在于所采用的钨箔片纯度在99.98%以上，厚度是0.05~3毫米。5.如权利要求1所述的单晶二硒化钨单分子...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽高，王一涵，肖闳畅，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：