基于硫化TMOs原位制备TMDs/TMOs异质结的方法技术

技术编号：44965327 阅读：5 留言：0更新日期：2025-04-12 01:37

本发明专利技术公开了基于硫化TMOs原位制备TMDs/TMOs异质结的方法，属于二维材料技术领域，通过添加硫族单质部分硫化TMOs形成TMDs/TMOs异质结，制备得到的异质结结晶质量高，尺寸较大；改变硫族单质的用量可以精确调控异质结的厚度；制备单层TMDs/TMOs和多层TMDs/TMOs，采用CVD法一步制备TMDs/TMOs异质结，简化了制备流程，提高了生产效率。并且可以在不同种类衬底上生长。不仅解决了传统制备方法中存在的操作复杂、样品尺寸小等问题，还为二维材料异质结的制备提供了一种新的思路和方法。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于二维材料制备，具体涉及采用化学气相沉积(cvd)法，通过添加硫族元素部分硫化过渡金属氧化物(tmos)，形成tmds/tmos异质结。

技术介绍

1、异质结是由两种不同的材料相接触所形成的界面区域，常具有两种材料各自pn结都不能达到的优良光电特性。它适宜制作超高速开关器件、太阳能电池以及半导体激光器等。对于二维材料而言，异质结的形成可以进一步提升材料的性能，如载流子迁移率、光电转换效率等。

2、过渡金属硫族化合物(tmds)和过渡金属氧化物(tmos)由于独特的电子、物理、化学和机械性能被认为是实现纳米技术未来应用的关键材料。tmds是典型的二维材料，具有带隙层数可调、高热电转换效应、高载流子迁移率等特点。二维tmds的应用在很大程度上取决于范德华(vdws)异质结构的构建，其中异质结构的组成材料不仅可以保持自身的特性，还可以在界面处产生新的物理和化学特性。研究异质结构的性质，包括层间相互作用，对于理解它们的本征物理学非常重要。tmos种类繁多，性能优异，具有成本低、制备方便、环境稳定性高等优点。选择不同带隙、功函数、导电性的tmos与tmds构建异质结，不仅提高了后者的物理化学性能，还进一步拓宽了其功能性，在光子和电子及其他领域具有更加广阔的应用场景。

3、机械剥离法是传统异质结的制备方法，虽然可以制备出高质量的异质结，但只能得到小尺寸且形状随机的薄层材料。相比之下cvd法可以实现大面积、高质量、形状可控、层数可控的二维材料异质结的制备。

技术实现思路</p>

1、本专利技术的目的是针对现有技术的不足，而提供一种简单、高效、可大规模生产的cvd法制备tmds/tmos异质结的方法。通过添加硫族单质部分硫化tmos，形成了tmds/tmos异质结。

2、基于硫化 tmos原位制备tmds/tmos异质结的方法，包括：

3、1）清洗基底，所述的基底为金属基底或非金属基底；

4、2）将65~95 mg硫族单质、90~100 mg tmos、基底依次放入石英管中，tmos置于石英舟内，硫族单质置于tmos上游18-22 cm 处，基底置于下游3~5cm处；

5、3）将石英管放入马弗炉中，先通流量为100 sccm 的ar气，排净管内空气，在ar氛围保护下，将马弗炉升温，中心温区升至895-905℃后，将移动马弗炉至基底位于中心温区；

6、4）将移动马弗炉，至基底离开中心温区，快速冷却至室温，关闭ar气；

7、所述的硫族单质为s、se或te；所述的tmos包括 moo3、wo3、moo2、wo2；

8、所述的硫族单质和基底位置温度350 ℃

9、所述的弗炉升温为：先在30 min内由室温升至750 ℃，再在15 min内升温至生长温度900 ℃。

10、步骤1）所述的清洗基底：先将基底分别用去离子水，丙酮，异丙醇清洗，乙醇中超声清洗30 min；将清洗干净的基底置于马弗炉中通入流量50 sccm氩气、50 sccm氢气，1050℃退火12 h。

11、所述的基底为金箔或硅片； tmos为tmos；硫族单质为se粉。

12、调整硫源含量可以调整异质结的层厚，获得单层tmds/tmos、多层tmds/tmos；

13、所述的硫族单质为65-70mg或90-95 mg。

14、本专利技术的优点及有益效果是：

15、1)高效的一步制备过程：

16、本专利技术采用cvd法一步制备tmds/tmos异质结，简化了制备流程，提高了生产效率。相比传统的多步制备方法及剥离法，如先制备tmos再进行硫化，本专利技术减少了制备步骤和中间环节，降低了制备过程中产生的污染。同时，通过优化生长条件，可以制备出具有优异光电性能和稳定性的tmds/tmos异质结。

17、2)精确控制硫化过程：

18、通过精确控制硫源的添加量和生长条件(如温度、气体流量等)，本专利技术实现了对tmos部分硫化过程的精确控制。这有助于形成高质量的tmds/tmos异质结，并确保异质结的界面清晰、结晶度高。

19、3)广泛的材料适用性：

20、本专利技术不仅适用于特定的tmos和tmds材料组合，还具有一定的材料适用性。通过调整硫源和tmos的种类，可以制备出不同种类的tmds/tmos异质结，满足不同领域的需求。

21、本专利技术通过添加硫族单质部分硫化tmos形成tmds/tmos异质结，制备得到的异质结结晶质量高，尺寸较大；改变硫族单质的用量可以精确调控异质结的厚度；并且可以在不同种类衬底上生长。

22、综上所述，本专利技术通过采用cvd法原位制备tmds/tmos异质结，不仅解决了传统制备方法中存在的操作复杂、样品尺寸小等问题，还为二维材料异质结的制备提供了一种新的思路和方法。这种异质结在电子器件、光电器件等领域具有广泛的应用前景。

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【技术保护点】

1.基于硫化 TMOs原位制备TMDs/TMOs异质结的方法，包括：

2.根据权利要求1所述的基于硫化 TMOs原位制备TMDs/TMOs异质结的方法，其特征在于：所述的硫族单质为S、Se或Te；所述的TMOs包括 MoO3、WO3、MoO2、WO2。

3.根据权利要求2所述的基于硫化 TMOs原位制备TMDs/TMOs异质结的方法，其特征在于：所述的弗炉升温为：先在30 min内由室温升至750 ℃，再在15 min内升温至生长温度900 ℃。

4.根据权利要求3所述的基于硫化 TMOs原位制备TMDs/TMOs异质结的方法，其特征在于：步骤1）所述的清洗基底：先将基底分别用去离子水，丙酮，异丙醇清洗，乙醇中超声清洗30 min；将清洗干净的基底置于马弗炉中通入流量50 sccm氩气、50 sccm氢气，1050 ℃退火12 h。

5.根据权利要求4所述的基于硫化 TMOs原位制备TMDs/TMOs异质结的方法，其特征在于：所述的基底为金箔或硅片， TMOs为TMOs，硫族单质为Se粉。

6.根据权利要求1、2、3、4

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【技术特征摘要】

1.基于硫化 tmos原位制备tmds/tmos异质结的方法，包括：

2.根据权利要求1所述的基于硫化 tmos原位制备tmds/tmos异质结的方法，其特征在于：所述的硫族单质为s、se或te；所述的tmos包括 moo3、wo3、moo2、wo2。

3.根据权利要求2所述的基于硫化 tmos原位制备tmds/tmos异质结的方法，其特征在于：所述的弗炉升温为：先在30 min内由室温升至750 ℃，再在15 min内升温至生长温度900 ℃。

4.根据权利要求3所述的基于硫化 tmos原位制备tmds/tmos异质结...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘为振，徐淑婷，辛星，包有喆，陈佳美，辛巍，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：

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