一种图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法。该方法包括以下步骤：制备一基底，该基底具有一基底表面且该基底表面包括一第一图案化表面和一第二图案化表面，形成该第一图案化表面的材料为氧化物或氮化物，形成该第二图案化表面的材料为云母；在所述基底表面形成一单层的二维过渡金属硫属化合物纳米材料；以及将该基底和二维过渡金属硫属化合物纳米材料在含氧气氛中进行退火，且通过控制退火温度使得只有该第二图案化表面的二维过渡金属硫属化合物纳米材料被氧化去除，而该第一图案化表面的二维过渡金属硫属化合物纳米材料形成一图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料。

Fabrication of a patterned two-dimensional transition metal chalcogenide nanomaterials

【技术实现步骤摘要】
一种图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法
本专利技术涉及纳米
，尤其涉及一种图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法。
技术介绍
二维过渡金属硫属化合物纳米材料具有良好的半导体性能，在电子器件中具有广泛的应用。例如二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2)、二硒化钼(MoSe2)、二硒化钨(WSe2)、二碲化钼(MoTe2)或二碲化钨(WTe2)。以二硫化钼为例，通常，制备图案化的二硫化钼层需要光刻等方法。然而，该方法需要专门的光刻设备和掩模。而且，光刻得到图案化的二硫化钼层之后，需要将掩模去除才能得到暴露的图案化的二硫化钼层。因此，工艺复杂，成本较高。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种可以直接得到暴露的图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的方法。一种图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法，该方法包括以下步骤：制备一基底，该基底具有一基底表面且该基底表面包括一第一图案化表面和一第二图案化表面，其中，形成该第一图案化表面的材料为氧化物或氮化物，形成该第二图案化表面的材料为云母；在所述基底表面形成一单层的二维过渡金属硫属化合物纳米材料，且该二维过渡金属硫属化合物纳米材料将该第一图案化表面和第二图案化表面覆盖；以及将该基底和二维过渡金属硫属化合物纳米材料在含氧气氛中进行退火，且通过控制退火温度使得只有该第二图案化表面的二维过渡金属硫属化合物纳米材料被氧化去除，而该第一图案化表面的二维过渡金属硫属化合物纳米材料保留在该第一图案化表面形成一图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料。如上述图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法，其中，所述基底的制备方法包括以下子步骤：提供一衬底，该衬底具有一第一表面，且该衬底的材料为氧化物或氮化物；在该第一表面形成一图案化的云母层从而使得该第一表面的一部分被覆盖而另一部分暴露，该暴露的部分第一表面形成该第一图案化表面，且该图案化的云母层的表面形成该第二图案化表面。如上述图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法，其中，所述衬底为具有氧化硅层的硅衬底、蓝宝石衬底、石英衬底或玻璃衬底。如上述图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法，其中，所述基底的制备方法包括以下子步骤：提供一云母衬底，该云母衬底具有一第二表面；在该第二表面形成一图案化的氧化物或氮化物层从而使得该第二表面的一部分被覆盖而另一部分暴露，该暴露的部分第二表面形成该第二图案化表面，且该图案化的氧化物或氮化物层的表面形成该第一图案化表面。如上述图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法，其中，所述氧化物为金属氧化物或无机非金属氧化物；所述氮化物为金属氮化物或无机非金属氮化物。如上述图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法，其中，所述金属氧化物为三氧化二铝、二氧化钛或氧化镁；所述无机非金属氧化物为二氧化硅或氧化硼；所述金属氮化物为氮化钛、氮化铝、氮化镓或氮化镁；所述无机非金属氮化物为氮化硅或氮化硼。如上述图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法，其中，所述二维过渡金属硫属化合物纳米材料为二硫化钼、二硫化钨、二硒化钼、二硒化钨、二碲化钼或二碲化钨。如上述图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法，其中，所述二维过渡金属硫属化合物纳米材料为二硫化钼，形成所述第一图案化表面的材料为二氧化硅，所述含氧气氛为空气且压强为常压，而且所述退火温度为250℃～270℃。如上述图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法，其中，，所述二维过渡金属硫属化合物纳米材料为二硫化钼，形成所述第一图案化表面的材料为三氧化二铝，所述含氧气氛为空气且压强为常压，而且所述退火温度为250℃～290℃。如上述图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法，其中，，所述二维过渡金属硫属化合物纳米材料为二硫化钼，形成所述第一图案化表面的材料为二氧化硅，所述含氧气氛为空气且压强为10KPa，而且所述退火温度为270℃～300℃。相较于现有技术，本专利技术提供的图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法，可以通过控制基底的成分分布，直接对二维过渡金属硫属化合物退火，就可以得到所需要的图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料，制作方法更为简单方便。另外，该方法有效地避免了光刻胶与二维材料直接接触，减小残胶对二维过渡金属硫属化合物纳米材料的污染，可以得到更为纯净的图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料。附图说明图1为单层二硫化钼和双层二硫化钼在二氧化硅基底上随退火温度的刻蚀程度。图2为二氧化硅基底上的二硫化钼在290℃退火之前和之后的光学照片。图3为图2的光学照片中区域1的二硫化钼的原子力显微镜形貌图。图4为图2的光学照片中区域2的二硫化钼的原子力显微镜形貌图。图5为单层二硫化钼和双层二硫化钼在蓝宝石基底上随退火温度的刻蚀程度。图6为蓝宝石基底上的二硫化钼在290℃退火之后的原子力显微镜形貌图。图7为石英基底上的单层二硫化钼在290℃退火之前的光学照片。图8为石英基底上的单层二硫化钼在290℃退火之后的光学照片图9为单层二硫化钼和双层二硫化钼在云母基底上随退火温度的刻蚀程度。图10为云母基底上的二硫化钼在250℃退火之后的原子力显微镜形貌图。图11为在不同基底上的二硫化钼退火前的拉曼光谱。图12为在不同基底上的二硫化钼退火前的光致发光光谱。图13为二氧化硅表面的二硫化钼在290℃退火之前和之后的拉曼光谱。图14为二氧化硅表面的二硫化钼在290℃退火之前和之后的光致发光光谱。图15为在10KPa下退火时二氧化硅表面的二硫化钼的原子力显微镜形貌图。图16为在10KPa下退火时云母表面的二硫化钼的原子力显微镜形貌图。图17为在30毫托低真空下退火时二氧化硅表面的二硫化钼的热稳定性测试结果。图18为二氧化硅表面的二硫化钼在30毫托低真空下，350℃退火之前的原子力显微镜形貌图。图19为二氧化硅表面的二硫化钼在30毫托低真空下，350℃退火之后的原子力显微镜形貌图。图20为本专利技术实施例1提供的图案化的图案化的单层二硫化钼的制备方法流程图。图21为本专利技术实施例2提供的图案化的图案化的单层二硫化钼的制备方法流程图。图22为本专利技术实施例3提供的图案化的图案化的单层二硫化钼的制备方法流程图。图23为本专利技术实施例4提供的图案化的图案化的单层二硫化钼的制备方法流程图。图24为本专利技术实施例5提供的图案化的图案化的单层二硫化钼的制备方法流程图。主要元件符号说明具体实施方式下面将结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。专利技术人研究发现，不同的基底对二硫化钼等二维过渡金属硫属化合物纳米材料的热稳定性具有不同的影响。具体地，本专利技术将二硫化钼分别转移至二氧化硅(SiO2)、蓝宝石(Al2O3)、石英和云母(mica)基底上，然后在常压(1atm)下空气中进行退火氧化刻蚀。每个基底上的二硫化钼的层数均包括1层、2层、3层以及4层，图档中分别采用1L、2L、3L和4L表示。所述退火在一管式炉中进行，温度升高速率为20℃/分钟。所述退火温度为240℃～350℃。参见图1，为单层二硫化钼和双层二硫化钼在二氧化硅基底上随退火温度的刻蚀程度，其中纵坐标为刻蚀形成的三角开口的尺寸。由图1可见，常压下二氧化硅基底本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：制备一基底，该基底具有一基底表面且该基底表面包括一第一图案化表面和一第二图案化表面，其中，形成该第一图案化表面的材料为氧化物或氮化物，形成该第二图案化表面的材料为云母；在所述基底表面形成一单层的二维过渡金属硫属化合物纳米材料，且该二维过渡金属硫属化合物纳米材料将该第一图案化表面和第二图案化表面覆盖；以及将该基底和二维过渡金属硫属化合物纳米材料在含氧气氛中进行退火，且通过控制退火温度使得只有该第二图案化表面的二维过渡金属硫属化合物纳米材料被氧化去除，而该第一图案化表面的二维过渡金属硫属化合物纳米材料保留在该第一图案化表面形成一图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：制备一基底，该基底具有一基底表面且该基底表面包括一第一图案化表面和一第二图案化表面，其中，形成该第一图案化表面的材料为氧化物或氮化物，形成该第二图案化表面的材料为云母；在所述基底表面形成一单层的二维过渡金属硫属化合物纳米材料，且该二维过渡金属硫属化合物纳米材料将该第一图案化表面和第二图案化表面覆盖；以及将该基底和二维过渡金属硫属化合物纳米材料在含氧气氛中进行退火，且通过控制退火温度使得只有该第二图案化表面的二维过渡金属硫属化合物纳米材料被氧化去除，而该第一图案化表面的二维过渡金属硫属化合物纳米材料保留在该第一图案化表面形成一图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料。2.如权利要求1所述的图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法，其特征在于，所述基底的制备方法包括以下子步骤：提供一衬底，该衬底具有一第一表面，且该衬底的材料为氧化物或氮化物；在该第一表面形成一图案化的云母层从而使得该第一表面的一部分被覆盖而另一部分暴露，该暴露的部分第一表面形成该第一图案化表面，且该图案化的云母层的表面形成该第二图案化表面。3.如权利要求2所述的图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法，其特征在于，所述衬底为具有氧化硅层的硅衬底、蓝宝石衬底、石英衬底或玻璃衬底。4.如权利要求1所述的图案化的二维过渡金属硫属化合物纳米材料的制备方法，其特征在于，所述基底的制备方法包括以下子步骤：提供一云母衬底，该云母衬底具有一第二表面；在该第二表面形成一图案化的氧化物或氮化物层从而使得该第二表面的一部分被覆盖而另一部分暴露，该暴露的部...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学雯，刘锴，侯纪伟，洪圣哲，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11