一种二硫化钼薄膜的制备方法及二硫化钼薄膜技术

本发明专利技术公开一种二硫化钼薄膜的制备方法及二硫化钼薄膜，使用化学气相沉积法(CVD)在镀有氧化物缓冲层的硅衬底上直接生长大面积、高质量、低缺陷的硫化钼(MoS2)薄膜，并创新性地实现MoS2薄膜的快速转移。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料制备
，尤其涉及一种二硫化钼薄膜的制备方法及二硫化钼薄膜。
技术介绍
硫化钼薄膜在结构和性能上类似于石墨烯，但与石墨烯不同，硫化钼薄膜存在一个可调控的带隙。块状晶体此32的带隙为1.2eV，其电子跃迀方式间接跃迀；当厚度为单层时，MoSJ^带隙可以达到1.8eV，且其电子跃迀方式转变为直接跃迀。因此，MoS2薄膜独特的结构和优异的物理性能以及可调节的能带隙使其在电子器件领域比石墨烯更具有应用潜力，它将是一种在电学、光学、半导体领域具有十分重要应用前景的二维纳米材料。凭借其纳米尺寸的层状结构，使得制造更小规格、更高能效半导体芯片成为可能，使其在纳米电子元器件领域被广泛应用。但尽管MoS2薄膜具有优异的物理特性，在电学、热学、光学和力学等方面的特性及其在半导体电子元器件领域具有很大的应用潜力，但是要打开MoS2应用领域的这扇大门，还需要寻找更好的制备大面积高质量MoS2薄膜的方法，并重点实现MoS 2薄膜在不同衬底实现快速转移，弥补一直以来MoS2薄膜在工艺制备方法上的不足，实现MoS 2材料制备的革命性发展，这样此&薄膜材料在工业中的广泛使用将指日可待。现有工艺中虽然能生长出面积较大的MoS2薄膜，但是其产品致密性相对较差，硫空位较多，导致薄膜的性能差，重点是其产品不能实现薄膜的快速转移，转移速度慢，过程较繁琐，花费材料多，且转移难度大。因此，现有技术还有待改进。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种二硫化钼薄膜的制备方法及二硫化钼薄膜，旨在改善采用现有工艺得到的MoS2薄膜材料存在致密性相对较差，硫空位较多，导致薄膜的性能差、不能实现薄膜快速转移等问题。本专利技术的技术方案如下:一种二硫化钼薄膜的制备方法，包括以下步骤:a、在硅衬底上镀上一层与二硫化钼晶格大小相匹配的氧化物缓冲层；b、使用CVD法在其表面生长二硫化钼薄膜。有益效果:本专利技术提供一种二硫化钼薄膜的制备方法及二硫化钼薄膜，采用本专利技术所提供的制备方法，使用化学气相沉积法(CVD)在镀有氧化物缓冲层的硅衬底上直接生长大面积、高质量、低缺陷的硫化钼(MoS2)薄膜，不仅可以实现此52薄膜的快速转移，还同时提高MoS2薄膜的质量，减少MoS 2薄膜的材料缺陷，例如硫空穴。【具体实施方式】图1是不同化合物薄膜的晶格常数大小对比示意图。图2是传统工艺CVD法生长MoS2薄膜的结构示意图。图3是本专利技术制备方法制备MoS2薄膜的结构示意图。图4是本专利技术实施例1中制备得到的10&薄膜的拉曼光谱仪测试结果。图5是本专利技术实施例1中制备得到的1必2薄膜光学显微镜所观察到的薄膜图。【具体实施方式】本专利技术提供一种二硫化钼薄膜的制备方法及二硫化钼薄膜，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术所提供的一种二硫化钼薄膜的制备方法，使用化学气相沉积法(CVD)在镀有氧化物缓冲层的硅衬底上直接生长大面积、高质量、低缺陷的硫化钼(MoS2)薄膜，并创新性地实现MoS2薄膜的快速转移。目前制备大面积高质量的硫化钼薄膜的主要方法是使用化学气相沉积法(CVD)进行MoS2薄膜的生长，它的优点是可以批量化实现大面积连续合成，实现对MoS 2薄膜的可控化制备，并且可以对薄膜的结构加以一定的控制，但不能够实现薄膜产品的快速转移，转移速度慢，过程较繁琐，花费材料多，且转移难度大，且产品致密性相对较差，硫空位较多，导致薄膜的电学性能差。本专利技术的重点也是本专利技术的关键创新点在于，通过对薄膜生长理论原理的探宄，探索出能够实现薄膜产品快速转移的缓冲层工艺条件，包括可以转移到一系列柔性衬底上，并且由于新缓冲层的革命性提出大大地提高了 MoS2薄膜的质量，极高的改善了薄膜的电学性能。根据薄膜生长的晶格匹配原理，本方明实施方案中在S1、S12W及Al2O3中选择了 ZnO缓冲层，以ZnO缓冲层对本专利技术技术方案进行详细说明。这是由于铅锌矿ZnO薄膜的晶格常数a大小跟此&薄膜的晶格常数a大小非常接近，从图1可以明显的看出，可以提高MoS2薄膜的质量。而且，ZnO缓冲层非常容易被酸腐蚀，从而容易实现MoS2薄膜的快速转移。所述氧化物缓冲层为与MoS 2晶格大小相匹配的氧化物缓冲层，除了可以为氧化锌(ZnO)外，还可以是氧化镁(MgO)等一系列氧化物缓冲层，或多元氧化物缓冲层(如 MgZnO) ο现有制备MoS2薄膜的工艺一般是在硅片(Si)上镀上一层二氧化硅(S12)薄层，然后再使用CVD法生长MoS2薄膜，其结构示意图如图2所示，从而实现MoS2薄膜的生长。但是在转移过程中由于S12非常难被酸或是碱腐蚀，因此难以实现MoS2薄膜的转移。而本专利技术中创新性的提出使用ZnO作为生长缓冲层，其结构示意图如图3所示，不仅大大提高MoS2薄膜生长的质量，更为重要的是能够实现薄膜的快速转移，这是最关键的步骤，也是与现有技术的区别。具体地，所述二硫化钼薄膜的制备方法，包括以下步骤:使用脉冲激光沉积技术(PLD)或者是磁控溅射技术等类似技术在洁净的硅衬底上镀上一层与MoS2晶格大小相匹配的氧化物缓冲层； 使用CVD法在其表面生长MoS2薄膜；转移MoS2薄膜至其他衬底上。其中，转移过程为通过腐蚀缓冲层，使MoS2薄膜脱离衬底，继而转移到其他衬底上。具体地，转移过程主要包括以下步骤:在二硫化钼薄膜表面涂上一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，作为支撑此&薄膜的支架；烘干，聚甲基丙烯酸甲酯成膜；将带有二硫化钼薄膜的硅衬底浸泡于稀酸溶液中，直至氧化物缓冲层被腐蚀完毕，聚甲基丙烯酸甲酯薄膜浮起；用去离子水清洗薄膜，此时二硫化钼薄膜带着聚甲基丙烯酸甲酯薄膜脱离了硅衬底；将二硫化钼薄膜转移至其他衬底上；烘干；滴加聚甲基丙烯酸甲酯，软化聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，并保持湿润，浸泡数分钟；用丙酮冲洗，洗去PMMA。传统缓冲层转移过程发生的化学反应:Si02+2Na0H — Na2Si03+H20 (加热)，该过程时间长，通常需要2到3小时，条件较为苛刻，且要求NaOH溶液浓度非常高。而本专利技术转移过程发生的化学反应:ZnO+2HCl — ZnCl2+H20，该过程时间非常短，仅仅需要I到2分钟，且腐蚀液浓度很低，普通的稀酸(稀盐当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二硫化钼薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、在硅衬底上镀上一层与二硫化钼晶格大小相匹配的氧化物缓冲层；b、使用CVD法在其表面生长二硫化钼薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新科，何佳铸，吕有明，韩舜，曹培江，柳文军，曾玉祥，贾芳，朱德亮，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44