一种组分递变的Zr制造技术

本发明专利技术公开了一种组分递变的Zr

A kind of Zr with progressive composition

【技术实现步骤摘要】
一种组分递变的Zr(1-x)HfxS2二维层状薄膜及其制备方法
：本专利技术涉及层状二维半导体材料领域，特别是涉及一种组分递变的Zr(1-x)HfxS2二维层状薄膜及其制备方法。
技术介绍
：作为TMDs家族的重要组成部分，IVB族过渡金属硫族化合物(IVB-TMDs)中的HfS2和ZrS2除了具备TMDs的特点之外，还具有诸多更加优异的性能，因而得到越来越多研究人员的关注。首先，理论计算表明HfS2和ZrS2在室温下具有更高的载流子迁移率和薄层电流密度，它们在室温下载流子迁移率分别为1833cm2V-1s-1和1247cm2V-1s-1，上述数值远高于MoS2的340cm2V-1s-1；而HfS2和ZrS2还拥有高达650μA/μm和800μA/μm的薄层电流密度。其次，理论计算表明单层HfS2和ZrS2的带隙较窄，分别为1.23eV、1.08eV，说明它们非常适用于具有宽谱响应的光电子器件和红外光电探测器；再者，类似于硅工艺中通过氧化形成SiO2绝缘层，HfS2和ZrS2表面可以形成高k介电薄膜HfO2、ZrO2，避免了MoS2等二维材料中由于表面缺乏足够的悬挂键或成核点所导致的沉积高k介电薄膜时产生针孔缺陷的问题，因而更容易在HfS2和ZrS2表面获得高质量的超薄介电层。三元的Zr(1-x)HfxS2除了具备上述优点之外，还能够实现依赖于组分的带隙可控。但是，常规的制备方法，如：机械剥离法、液相剥离法、传统化学气相沉积法等，都很难精确控制所制备三元TMDs的组分，以至于难以精确调控其带隙。专利技术内容：本专利技术针对现有技术不足，提出了一种组分递变的Zr(1-x)HfxS2二维层状薄膜及其制备方法，旨在克服传统制备方法中难以实现三元过渡金属硫族化合物组分精确可控的不足之处。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种组分递变的Zr(1-x)HfxS2二维层状薄膜，其特征在于：所述薄膜包含Zr、Hf、S三种元素；所述薄膜中Zr、Hf的原子数之和与S原子数之比为1∶2；所述薄膜包含L层，每一层均为Zr原子或Hf原子夹在两个S原子中间的三明治结构，且Zr原子与Hf原子的比例随着层数从下至上递变。作为优选，其特征在于：所述薄膜是生长在直径为4寸或4寸以下的整片或碎片的氧化硅片、蓝宝石、云母、硅或锗之上。作为优选，其特征在于：所述薄膜包含L层，2≤L≤10；作为优选，其特征在于：所述薄膜单个层内的Zr、Hf原子数之比由公式决定，x随着层数从下至上变化的取值范围分别为：第1层：第2层：第3层：…………第L-1层：第L层：作为优选，其特征在于：所述制备方法使用仪器为原子层沉积系统；所述制备方法包括L个超反应循环，2≤L≤10；每一个超反应循环包含m个Z循环和n个H循环。作为优选，其特征在于：所述Z循环依次包含如下过程：1)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入Zr前驱体并使之吸附于衬底表面，2)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入高纯氮气以清洗过量Zr前驱体和反应副产物，3)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入S前驱体并使之与吸附于衬底表面的Zr前驱体发生自限性反应，4)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入高纯氮气以清洗过量的S前驱体和反应副产物。作为优选，其特征在于：所述H循环依次包含如下过程：1)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入Hf前驱体并使之吸附于衬底表面，2)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入高纯氮气以清洗过量Hf前驱体和反应副产物，3)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入S前驱体并使之与吸附于衬底表面的铪前驱体发生自限性反应，4)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入高纯氮气以清洗过量的S前驱体和反应副产物。作为优选，其特征在于：所述单个超反应循环中的Z循环的个数m与超反应循环总数L之间存在如下关系：第1个超反应循环：第2个超反应循环：第3个超反应循环：.................第L-1个超反应循环：第L个超反应循环：作为优选，其特征在于：所述单个超反应循环中的H循环的个数n与超反应循环总数L之间存在如下关系；第1个超反应循环：第2个超反应循环：第3个超反应循环：.................第L-1个超反应循环：第L个超反应循环：作为优选，其特征在于：所述单个超反应循环中Z循环和H循环的次序为先进行m次Z循环之后再进行n次H循环。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术中，采用原子层沉积工艺制备三元的Zr(1-x)HfxS2薄膜，可以通过调节单个超反应循环中Z循环和H循环的个数，实现所制备薄膜中Zr和Hf组分的精确可控，为获得可调带隙的Zr(1-x)HfxS2薄膜奠定基础。2.本专利技术中，采用原子层沉积工艺制备原子级厚度三元的Zr(1-x)HfxS2薄膜，原子层沉积工艺所需的反应温度较低，能兼容柔性衬底，并且能与后序的光刻等半导体工艺结合实现所制备薄膜的图案化。具体实施方式：为了使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加通俗易懂，下面结合具体实施方式对本专利技术做详细的说明。实施例1：一种组分递变的Zr(1-x)HfxS2二维层状薄膜，包含3层。该薄膜单个层内的Zr、Hf原子数之比由公式决定，x随着层数从下至上变化的取值范围分别为：第1层：0＜x＜1/3第2层：1/3＜x＜2/3第3层：2/3＜x＜1采用原子层沉积系统制备上述薄膜，制备过程包括3个超反应循环；每一个超反应循环包含m个Z循环和n个H循环。不同层的单个超反应循环中的Z循环的个数m取值如下：第1个超反应循环：20＜m＜30第2个超反应循环：10＜m＜20第3个超反应循环：0＜m＜20不同层的单个超反应循环中的H循环的个数n取值如下：第1个超反应循环：0＜n＜7第2个超反应循环：7＜n＜13第3个超反应循环：14＜n＜20实施例2：一种组分递变的Zr(1-x)HfxS2二维层状薄膜，包含5层。该薄膜单个层内的Zr、Hf原子数之比由公式决定，x随着层数从下至上变化的取值范围分别为：第1层：0＜x＜1/5第2层：1/5＜x＜2/5第3层：2/5＜x＜3/5第4层：3/5＜x＜4/5第5层：4/5＜x＜1采用原子层沉积系统制备上述薄膜，制备过程包括5个超反应循环；每一个超反应循环包含m个Z循环和n个H循环。不同层的单个超反应循环中的Z循环的个数m取值如下：第1个超反应循环：24＜m＜30第2个超反应循环：18＜m＜24第3个超反应循环：12＜m＜18第4个超反应循环：6＜m＜12第5个超反应循环：0＜m＜6不同层的单个超反应循环中的H循环的个数n取值如下：第1个超反应循本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组分递变的Zr

【技术特征摘要】
1.一种组分递变的Zr(1-x)HfxS2二维层状薄膜，其特征在于：所述薄膜包含Zr、Hf、S三种元素；所述薄膜中Zr、Hf的原子数之和与S原子数之比为1∶2；所述薄膜包含L层，每一层均为Zr原子或Hf原子夹在两个S原子中间的三明治结构，且Zr原子与Hf原子的比例随着层数从下至上递变。


2.根据权利要求1所述的一种组分递变的Zr(1-x)HfxS2二维层状薄膜，其特征在于：所述薄膜是生长在直径为4寸或4寸以下的整片或碎片的氧化硅片、蓝宝石、云母、硅或锗之上。


3.根据权利要求1所述的一种组分随厚度递变的Zr(1-x)HfxS2二维层状薄膜，其特征在于：所述薄膜包含L层，2≤L≤10。


4.根据权利要求1所述的一种组分随厚度递变的Zr(1-x)HfxS2二维层状薄膜，其特征在于：所述薄膜单个层内的Zr、Hf原子数之比由公式决定，x随着层数从下至上变化的取值范围分别为：
第1层：
第2层：
第3层：
............
第L-1层：
第L层：。


5.一种组分递变的Zr(1-x)HfxS2二维层状薄膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法使用仪器为原子层沉积系统；所述制备方法包括L个超反应循环，2≤L≤10；每一个超反应循环包含m个Z循环和n个H循环。


6.根据权利要求5所述的一种组分递变的Zr(1-x)HfxS2二维层状薄膜的制备方法，其特征在于：所述Z循环依次包含如下过程：1)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入Zr前驱体并使之吸附于衬底表面，2)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入高纯氮气以清洗过量Zr前驱体和反应副产物，3)向原子层沉积系统的反应腔内脉冲通入S前驱体并使之与...

【专利技术属性】
技术研发人员：张希威，孟丹，苏意文，
申请(专利权)人：安阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南;41