The invention belongs to the technical field of two-dimensional semiconductor materials, in particular to a preparation method of a single layer molybdenum disulfide based on the substrate vulcanization pretreatment. The invention takes a silicon wafer as a growth substrate, after the substrate is cleaned, the substrate is placed in a quartz tube for sulfurization under the environment of sulfur-containing vapor, and then a single layer of molybdenum disulfide is prepared by the chemical vapor deposition method. By optimizing the temperature and time of the substrate curing treatment, the invention can prepare a high-quality single-layer molybdenum disulfide single crystal and a large area continuous film. The process of this method is simple and does not need expensive sulfuration source and growth source. The high-quality single-layer molybdenum disulfide can be used to prepare optoelectronic devices and micro nano electronic devices with higher fluorescence quantum yield and better performance.
【技术实现步骤摘要】
基于衬底硫化预处理的单层二硫化钼的制备方法
本专利技术属于二维半导体材料
,具体涉及单层二硫化钼的制备方法。技术背景二硫化钼(MoS2)是一种典型的新型二维半导体材料,具有优异的光学和电学性质。单层二硫化钼具有三明治的夹心结构,其中两层硫原子间夹着一层钼原子,每一个钼原子周围分布着6个硫原子,每一个硫原子周围分布着3个钼原子,它们以强烈的共价键结合。块体二硫化钼层与层之间是通过范德华力结合,随着层数的减少,其带隙会由多层的间接带隙变成单层的直接带隙半导体。单层二硫化钼的带隙大约为1.8eV,具有良好的载流子输运性能,作为与石墨烯互补的新型二维半导体材料,其晶体管具有高达108的电流开关比,且具有较低的能量损耗,被认为是下一代集成电路中替代硅续写摩尔定律的重要材料之一。因此,高质量二硫化钼的制备对于其在光电器件、场效应晶体管等领域的应用显得尤为重要。一般而言,化学气相沉积生长的单层二硫化钼和机械剥离的二硫化钼普遍存在非金属元素硫空位,这些硫空位缺陷会降低二硫化钼的光学质量和电学性能。有人提出采用化学试剂处理二硫化钼以达到修复硫空位的目的。例如,使用双(三氟甲烷)磺酰亚胺处理机械剥离的单层二硫化钼,可以使其荧光量子效率达到接近100%。其他的化学试剂如3-巯丙基三甲氧基硅烷也被用来修复单层二硫化钼中的硫空位,从而提高二硫化钼器件的电学性能。然而化学试剂处理的方法会引入污染杂质吸附在缺陷空位处,并且在修复过程中还需要对单层二硫化钼进行高温处理,这些冗杂的步骤限制了二硫化钼在光电子器件领域的应用。化学气相沉 ...
【技术保护点】
1.一种基于衬底硫化预处理的单层二硫化钼的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:/n(1) 对硅片衬底进行硫化处理:将硫单质固体和硅片衬底分别置于石英试管中,调整硫源和衬底至合适位置,在持续通入氮气保护气体的双温区管式炉中分别对硫单质和衬底加热,在硫蒸气环境下,在衬底表面形成与硫形成化学键的硫化层;/n(2) 在经步骤(1)处理的衬底上旋涂50-100 μmol/L的3, 4, 9, 10, -芘四羧酸钾盐溶液,以促进二硫化钼的成核和生长;/n(3) 以单质硫和钼源三氧化钼粉末作为生长源,调整衬底与单质硫、钼源至合适位置,采用化学气相沉积法在经步骤(2)处理的衬底上生长单层二硫化钼,即得到光学质量很好的单层二硫化钼。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于衬底硫化预处理的单层二硫化钼的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:
(1)对硅片衬底进行硫化处理:将硫单质固体和硅片衬底分别置于石英试管中,调整硫源和衬底至合适位置,在持续通入氮气保护气体的双温区管式炉中分别对硫单质和衬底加热,在硫蒸气环境下,在衬底表面形成与硫形成化学键的硫化层;
(2)在经步骤(1)处理的衬底上旋涂50-100μmol/L的3,4,9,10,-芘四羧酸钾盐溶液,以促进二硫化钼的成核和生长;
(3)以单质硫和钼源三氧化钼粉末作为生长源,调整衬底与单质硫、钼源至合适位置,采用化学气相沉积法在经步骤(2)处理的衬底上生长单层二硫化钼,即得到光学质量很好的单层二硫化钼。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述硅片含有300±10nm厚氧化层,在对其进行硫化处理前需进行清洗,以去除硅片表面的杂质。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述单质硫和衬底的合适距离22-24cm;在对单质硫和衬底加热前,利用机械泵将石英管内的空气抽走,当真空度达到3-5Pa时再通氮气到石英管中,待石英管内压强至常压,该过程重复2-4次以尽可能降低石英管内的氧和水汽。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)...
【专利技术属性】
技术研发人员:丛春晓,杨鹏,仇志军,刘冉,
申请(专利权)人:复旦大学,
类型:发明
国别省市:上海;31
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