一种二维过渡金属硫族化合物的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种二维过渡金属硫族化合物的制备方法，具体给出制备二维WS2的制备方法，二维MoS2以及二维WS2xTe2(1‑x)的制备方法，其中，二维WS2的制备包括：准备1g的硫粉和30mg的WO3，将硫粉放到双温区管式炉的低温区，将WO3放到高温区，并将Si/SiO2基底倒扣在装有WO3的方舟上，基底与方舟的距离有5‑9mm，之后通入Ar，排走空气；通入Ar气和H2；将低温区温度调到180‑220℃，高温区温度调到830‑870℃，生长时间3‑6min。

【技术实现步骤摘要】
一种二维过渡金属硫族化合物的制备方法
本专利技术属于二维过渡金属硫族化合物(TMDs)制备的
，具体涉及到一种制备尺寸为50-60μm的大片均匀单层MoS2、WS2和WS2xTe2(1-x)的制备方法。
技术介绍
近几年来，单层及少层的过渡金属二硫族化合物MX2(M＝Mo，W；X＝S，Se，Te)凭借其独特、优异的光学和电子性能受到人们越来越多的关注。与石墨烯的结构类似，TMDs为X-M-X三层单元组成的六方晶格结构，层内之间的原子由共价键连接，层与层之间由范德华力连接。块状的TMDs为间接带隙结构，而单层及少层的TMDs为直接带隙结构，并且随着层数的减少，带隙越来越大，半导体性增强。因此，单层及少层的TMDs凭借相当大的带隙、相对高的载流子迁移率和强光致发光性质，在半导体及场效应晶体管领域具有广泛的应用，并且强大的自旋轨道耦合和反转对称性的破坏，也使其成为谷电子学和自旋电子学的完美研究模型。除此之外，二维TMDs的边界具有极低的氢吸附吉布斯自由能(贵金属Pt相近)，具有极高的电催化析氢性能，而二维结构也为其电催化机理提供非常好模型。目前，MoS2和WS2凭借其独特的性质及制备方法的多样性，是TMDs族中的典型代表。大多数的二维过渡金属硫化物都是2H结构的半导体性质，导电性能不好，并不利于电催化析氢反应。WTe2在常温条件下属于1T结构，具有金属性能，导电性能优良。WS2xTe2(1-x)三元合金可以调节带隙宽度，WS2的带隙宽度为1.9ev，WTe2的带隙宽度约为0ev，WS2xTe2(1-x)的带隙宽度在0-1.9ev之间，实现从半导体到金属转变。迄今为止，常见的单层及少层的TMDs制备方法有机械和液体剥离法，分子束外延法及化学气相沉积法(CVD)等。目前，主流方法是化学气相沉积方法，操作简单，制备的材料尺寸、厚度可控，造价便宜，适合大规模制备和研究二维TMDs。但是，由于TMDs独特的性质，对于可控制备大尺寸、均匀、单层的TMDs仍具有极大的挑战。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是：提供一种制备单层及少层MoS2、WS2和WS2xTe2(1-x)的方法，能够可控尺寸(WS2达到50-60μm，MoS2达到120μm，WS2xTe2(1-x)达到50-60μm)、厚度(单层)及均匀性。本专利技术采用的是CVD方法，操作方法简单、成本低廉、程序可控。通过调控CVD反应前驱体的温度、时间、气流量以及压力，即可获得所需的单层及少层的WS2、MoS2和WS2xTe2(1-x)。技术方案如下：(1)一种二维WS2的制备方法，包括下列步骤：1)准备1g的硫粉和30mg的WO3，将硫粉放到双温区管式炉的低温区，将WO3放到高温区，并将Si/SiO2基底倒扣在装有WO3的方舟上，基底与方舟的距离有5-9mm，之后通入Ar，排走空气；2)通入Ar气和H2；3)将低温区温度调到180-220℃，高温区温度调到830-870℃，生长时间3-6min。(2)一种二维MoS2的制备方法，包括下列步骤：1)按照1：0.002-0.004的质量配比准备硫粉和MoO3，硫粉放到双温区管式炉的低温区，MoO3放到高温区，Si/SiO2基体倒扣在盛MoO3的方舟上，基底与方舟的距离有5-9mm，之后通入Ar，排走空气；2)通入Ar气和H2；3)将低温区温度调到180-220℃，高温区温度调到780-820℃，生长时间3-6min。(3)一种二维WS2xTe2(1-x)的制备方法，包括下列步骤：1)将1g的碲粉放到双温区管式炉的低温区，将根据(1)所制备的二维WS2放到管式炉的高温区，之后通入Ar，排走空气；2)通入Ar气和H2；3)打开温度开关，将低温区温度调到400-500℃，高温区温度调到600-750℃，生长时间3-4h。与现有的技术相比，本专利技术获得的二维过渡金属硫族化合物(WS2、MoS2、WS2xTe2(1-x))厚度为单层，分布均匀，尺寸较大，品质较高，方法简单，成本低廉，减少了对环境的危害。附图说明图1为本专利技术实施例1所制备的二维WS2的低倍光镜图，从图谱中可看出，所制备的产物厚度为单层，分布均匀，尺寸较大，质量较高；图2为本专利技术实施例1所制备的二维WS2的高倍光镜图，从图谱中可看出，所制备的产物厚度为单层，分布均匀，尺寸较大，质量较高；图3为本专利技术实施例1所制备的二维WS2的Raman图，从拉曼图两个频率峰差值可知生成的二维WS2呈单层；图4为本专利技术实施例2所制备的二维MoS2的低倍光镜图，从图谱中可看出，所制备的产物厚度为单层，分布均匀，尺寸较大，质量较高；图5为本专利技术实施例2所制备的二维MoS2的高倍光镜图，从图谱中可看出，所制备的产物厚度为单层，分布均匀，尺寸较大，质量较高；图6为本专利技术实施例2所制备的二维MoS2的Raman图，从拉曼图两个频率峰差值可知生成的二维MoS2呈单层；图7为本专利技术实施例3所制备的二维WS2xTe2(1-x)的低倍光镜图，从图谱中可看出，所制备的产物厚度为单层，分布均匀，尺寸较大，质量较高；本专利技术未述及之处适用于现有技术。以下给出本专利技术制备方法的具体实施例。这些实施例仅用于详细说明本专利技术制备方法，并不限制本申请权利要求的保护范围。实施例1制备尺寸在50μm以上，具有厚度为单层、分布均匀的二维WS2。(1)将1g的硫粉放到双温区管式炉的低温区，30mg的WO3放到管式炉的高温区，Si/SiO2基底倒扣在盛WO3的方舟上，基底与方舟的距离有7mm，之后通500sccm的Ar气，保持15min，排走空气；(2)之后，通入80sccm的Ar气和10sccm的H2，常压条件；(3)打开温度开关，将低温区温度调到200℃，高温区温度调到850℃，生长时间保持3min；(4)将3)中得到的WS2进行转移(旋涂PMMA、刻蚀Si/SiO2基底、转移WS2、烘干、丙酮去除PMMA)，进行表征。实施例2制备尺寸在120μm以上，具有厚度为单层、分布均匀的二维MoS2。(1)将1g的硫粉放到双温区管式炉的低温区，3mg的MoO3放到管式炉的高温区，Si/SiO2基体倒扣在盛MoO3的方舟上，基底与方舟的距离有7mm，之后通500sccm的Ar气，保持15min，排走空气；(2)之后，通入80sccm的Ar气和10sccm的H2；(3)打开温度开关，将低温区温度调到200℃，高温区温度调到800℃，生长时间保持3min；(4)将3)中得到的MoO3进行转移(旋涂PMMA、刻蚀Si/SiO2基底、转移MoO3、烘干、丙酮去除PMMA)，进行表征。实施例3制备50μm以上，具有厚度为单层、分布均匀的二维WS2xTe2(1-x)。(1)将1g的碲粉放到双温区管式炉的低温区，将实施例1中制成的WS2放到管式炉的高温区，之后通500sccm的Ar气，保持15min，排走空气；(2)之后，通入10sccm的Ar气和4sccm的H2；(3)打开温度开关，将低温区温度调到460℃，高温区温度调到650℃，生长时间4h；(4)将(3)中得到的WS2xTe2(1-x)进行转移，进行表征。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维WS2的制备方法，包括下列步骤：1)准备1g的硫粉和30mg的WO3，将硫粉放到双温区管式炉的低温区，将WO3放到高温区，并将Si/SiO2基底倒扣在装有WO3的方舟上，基底与方舟的距离有5‑9mm，之后通入Ar，排走空气。2)通入Ar气和H2；3)将低温区温度调到180‑220℃，高温区温度调到830‑870℃，生长时间3‑6min。

【技术特征摘要】
1.一种二维WS2的制备方法，包括下列步骤：1)准备1g的硫粉和30mg的WO3，将硫粉放到双温区管式炉的低温区，将WO3放到高温区，并将Si/SiO2基底倒扣在装有WO3的方舟上，基底与方舟的距离有5-9mm，之后通入Ar，排走空气。2)通入Ar气和H2；3)将低温区温度调到180-220℃，高温区温度调到830-870℃，生长时间3-6min。2.一种二维MoS2的制备方法，包括下列步骤：1)按照1：0.002-0.004的质量配比准备硫粉和MoO3，硫粉放到双温区管式炉的低温区，MoO3放到高温区，Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丽颖，潘亚苹，王习习，赵乃勤，师春生，刘恩佐，何芳，沙军威，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12