TMDs二维材料薄膜、器件及制备方法技术

本发明专利技术提供一种TMDs二维材料薄膜、器件及制备方法，基于高温热分解法，将TMDs前驱体盐熔融，以形成与生长衬底的表面相接触的溶解盐层及位于溶解盐层上方的TMDs二维材料薄膜；由于溶解盐层的溶解性，只需采用溶液即可将TMDs二维材料薄膜与生长衬底分离，并在溶液中完成TMDs二维材料薄膜的转移，可提供操作便捷、工艺简单、无污染、安全性高、制备面积大以及性能好的TMDs二维材料薄膜及器件。

【技术实现步骤摘要】
TMDs二维材料薄膜、器件及制备方法
本专利技术属于集成电路制造
，涉及一种TMDs二维材料薄膜、器件及制备方法。
技术介绍
1965年，英特尔创始人之一戈登·摩尔(GordonMoore)提出了一个至今仍对集成电路产业影响深远的定律，即摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的元半导体器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。随着器件刻蚀尺寸的不断缩小，至今日的7nm的刻蚀尺寸，在半导体工艺上影响重大的短沟道效应愈发显著。此外，电子迁移率μn约为1350cm2/vs，当制作纳米器件时，材料尺寸缩小，载流子迁移率骤降，严重影响器件使用。自2004年石墨烯问世以来，新型的TMDs(二维过渡金属硫化物)二维材料发展迅猛，TMDs的化学式为MX2，其中，M是指过渡金属元素(例如：Mo钼、W钨、Nb铌、Re铼、Ti钛)，X是指硫族元素(例如：S硫、Se硒、Te碲)。通常，单层TMDs呈现一种X-M-X的三明治结构，层间的VDW(VanderWaalsforce，范德瓦尔斯力)很弱，然而平面内有很坚固的共价键。块体TMDs可以像石墨烯一样，被剥离成单层或多层的纳米片。研究表明，当TMDs二维材料从块体剥离至单层或少数原子级纳米薄层时，载流子迁移率几乎不变化，因此，可将TMDs二维材料应用到半导体工艺中，用以制备器件，极大提高器件的性能。传统的制备TMDs二维材料(如MoS2/MoSe2/WS2/WSe2)的方法，一般采用CVD(化学气相沉积)，即利用固态源受热蒸发，在高温下发生化学反应，以于生长衬底上生长出TMDs二维材料薄膜，通常该方法可以生长出几百微米级的大片单晶；或利用MOCVD(金属有机化学气相沉积)，以于生长衬底上生成出晶圆级的多晶TMDs二维材料薄膜。但是采用CVD或MOCVD所生长出的TMDs二维材料薄膜与生长衬底间的VDW较大，使得TMDs二维材料薄膜与生长衬底间的结合紧密，因此，在基于采用CVD或MOCVD于生长衬底上所生长的TMDs二维材料薄膜，在用以制备器件时，则需要通过湿法转移的方法，以将制备的TMDs二维材料薄膜从生长衬底上进行转移，以应用到其他体系中，如在制备的TMDs二维材料薄膜的表面旋涂有机物溶剂PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，形成PMMA薄膜，然后利用酸或碱腐蚀生长衬底，以暴露出TMDs二维材料薄膜及PMMA薄膜，接着采用期望的其他衬底拾取TMDs二维材料薄膜及PMMA薄膜，以进行TMDs二维材料薄膜的转移，最后利用有机溶剂去除PMMA薄膜，如丙酮，以显露TMDs二维材料薄膜的表面，从而方便与后续制备的金属电极的连接，以制备器件。上述基于采用CVD或MOCVD所生长的TMDs二维材料薄膜，以及在用以制备器件时，制备工艺复杂繁琐，且存在不可避免的弊端，即在采用有机溶剂去除PMMA薄膜时，有机溶剂很难完全去除PMMA薄膜，从而会有大量顽固的残留PMMA薄膜附着在TMDs二维材料薄膜的表面，从而影响与后续制备的金属电极的接触，且会产生大量的声子散射，降低TMDs二维材料薄膜的载流子迁移率，降低器件的性能。因此，提供一种新型的TMDs二维材料薄膜、器件及制备方法，实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种TMDs二维材料薄膜、器件及制备方法，用于解决现有技术中制备TMDs二维材料薄膜及器件的工艺复杂、制备的TMDs二维材料薄膜及器件的性能差的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种TMDs二维材料薄膜的制备方法，包括以下步骤：提供生长衬底及TMDs前驱体盐，并将所述TMDs前驱体盐置于所述生长衬底的表面；分解所述TMDs前驱体盐，以于所述生长衬底的表面形成溶解盐层及TMDs二维材料薄膜，其中，所述溶解盐层包括第一面及相对的第二面，且所述溶解盐层的第一面与所述生长衬底的表面相接触，所述溶解盐层的第二面与所述TMDs二维材料薄膜相接触。可选地，分解所述TMDs前驱体盐的方法包括高温热分解法，其中温度的范围包括700℃～900℃。可选地，所述溶解盐包括碱金属盐；所述碱金属盐包括K2S。可选地，所述TMDs前驱体盐包括K2WS4、K2MoS4、K2WSe4、K2MoSe4、K2MoTe4及K2WTe4中的一种，基于所述TMDs前驱体盐所对应形成的所述TMDs二维材料薄膜包括WS2薄膜、MoS2薄膜、WSe2薄膜、MoSe2薄膜、MoTe2薄膜及WTe2薄膜中的一种。可选地，当所述TMDs前驱体盐采用所述K2WS4时，制备所述WS2薄膜的化学方程式包括：(NH4)2WS4+2KOH＝K2WS4+2H2O+2NH3↑；K2WS4＝WS2+K2S+S↑。可选地，当所述TMDs前驱体盐采用所述K2MoS4时，制备所述MoS2薄膜的化学方程式包括：(NH4)2MoS4+2KOH＝K2MoS4+2H2O+2NH3↑；K2MoS4＝MoS2+K2S+S↑。可选地，所述TMDs二维材料薄膜包括单层及多层中的一种或组合。可选地，所述TMDs二维材料薄膜的尺寸包括微米级或晶圆级。可选地，所述生长衬底包括氧化硅衬底、石英衬底及玻璃衬底中的一种。本专利技术还提供一种器件的制备方法，包括采用上述任一制备方法制备所述TMDs二维材料薄膜。可选地，还包括以下步骤：提供溶液，溶解所述溶解盐层，以将所述生长衬底与所述TMDs二维材料薄膜分离，且所述TMDs二维材料薄膜漂浮于所述溶液；提供基底，于所述溶液中拾取所述TMDs二维材料薄膜，以将所述TMDs二维材料薄膜转移至所述基底上。本专利技术还提供一种器件，所述器件包括采用上述任一制备方法制备的所述TMDs二维材料薄膜。如上所述，本专利技术TMDs二维材料薄膜、器件及制备方法，基于高温热分解法，将TMDs前驱体盐熔融，形成熔融态，以形成与生长衬底的表面相接触的溶解盐层及位于溶解盐层上方的TMDs二维材料薄膜。本专利技术避免采用大量硫族物做为前驱体，可减少污染，虽有少量升华硫族物产生，但升华硫族物在降温过程遇冷时，会粘附在反应炉的管壁上，因此整个制备过程闻不到任何刺激性气味；由于溶解盐层的溶解性，在转移TMDs二维材料薄膜时，只需采用溶液，即可将TMDs二维材料薄膜与生长衬底相分离，无需旋涂有机溶剂，从而可避免TMDs二维材料薄膜的表面被顽固的残余有机溶剂污染，从而可提高制备的TMDs二维材料薄膜的洁净度及后续制备的器件性能；分离过程中，无需采用强酸或强碱对生长衬底进行湿法化学腐蚀，从而可避免操作带来的危险性，以及避免废液带来的环境污染，且生长衬底可二次利用，降低成本；基底在溶液中拾取TMDs二维材料薄膜，从而可转移大片单层单晶(如100μm边长)。因此本专利技术可提供操作便捷、工艺简单、无污染、安全性高、制备面积大以及性能好的TMDs二维材料薄膜及器件。附图说明图1显示为本专利技术中的TMDs二维材料薄膜的制备方法的工艺流程图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TMDs二维材料薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n提供生长衬底及TMDs前驱体盐，并将所述TMDs前驱体盐置于所述生长衬底的表面；/n分解所述TMDs前驱体盐，以于所述生长衬底的表面形成溶解盐层及TMDs二维材料薄膜，其中，所述溶解盐层包括第一面及相对的第二面，且所述溶解盐层的第一面与所述生长衬底的表面相接触，所述溶解盐层的第二面与所述TMDs二维材料薄膜相接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种TMDs二维材料薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供生长衬底及TMDs前驱体盐，并将所述TMDs前驱体盐置于所述生长衬底的表面；
分解所述TMDs前驱体盐，以于所述生长衬底的表面形成溶解盐层及TMDs二维材料薄膜，其中，所述溶解盐层包括第一面及相对的第二面，且所述溶解盐层的第一面与所述生长衬底的表面相接触，所述溶解盐层的第二面与所述TMDs二维材料薄膜相接触。


2.根据权利要求1所述的TMDs二维材料薄膜的制备方法，其特征在于：分解所述TMDs前驱体盐的方法包括高温热分解法，其中温度的范围包括700℃～900℃。


3.根据权利要求1所述的TMDs二维材料薄膜的制备方法，其特征在于：所述溶解盐包括碱金属盐；所述碱金属盐包括K2S。


4.根据权利要求1所述的TMDs二维材料薄膜的制备方法，其特征在于：所述TMDs前驱体盐包括K2WS4、K2MoS4、K2WSe4、K2MoSe4、K2MoTe4及K2WTe4中的一种，基于所述TMDs前驱体盐所对应形成的所述TMDs二维材料薄膜包括WS2薄膜、MoS2薄膜、WSe2薄膜、MoSe2薄膜、MoTe2薄膜及WTe2薄膜中的一种。


5.根据权利要求4所述的TMDs二维材料薄膜的制备方法，其特征在于，当所述TMDs前驱体盐采用所述K2WS4时，制备所述WS2薄膜的化学方程式包括：
(NH4)2WS4+2KOH＝K2WS4+2H2O+2NH3↑；
K2WS4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张苗，狄增峰，薛忠营，王晨，田子傲，陈玉龙，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31