一种MoS制造技术

本发明专利技术本发明专利技术属于无机纳米材料技术领域，公开了一种MoS

【技术实现步骤摘要】
一种MoS2二维材料S空位缺陷调控的制备方法
本专利技术属于无机纳米材料
，具体的，涉及一种MoS2二维材料S空位缺陷调控的制备方法。
技术介绍
以MoS2为代表的二维材料，由于其面内载流子迁移率高，带隙可调控，光吸收效率高等优势，在光电子器件领域中展现出优异的前景。化学气相沉积(CVD)法是目前最有希望制备大面积、可控层数MoS2二维材料的方法。然而热力学第二定律指出，无论何种方法制备MoS2二维材料都必定引入一定程度的缺陷，导致MoS2二维材料实际光致发光效率降低、面内迁移率下降，降低其应用于光电器件性能。硫空位(VS)是化学气相沉积(CVD)生长MoS2材料中能量最低、极易形成的结构缺陷。周等通过实验观察了VS的存在，并从理论上证实了VS缺陷在六种常见结构缺陷中形成能最低、结构最稳定，严重影响MoS2二维材料应用于光电子器件的性能。研究表明，无论是S源过量还是Mo源过量的环境下，S空位皆具有最低的形成能且不易结合，因此S空位缺陷是影响MoS2二维材料光电性能最大的物理因素。为了增强CVD方法制备MoS2二维材料的光电特性，亟需找到一种能够有效抑制MoS2二维材料中S空位缺陷产生的方法。现有技术中，多采用后期处理手段改善MoS2二维材料中S空位缺陷。例如，1、采用后期高温退火重结晶过程中添加硫的方法降低S空位缺陷浓度，此方法为两步热分解，先500℃退火1h，再加硫1000℃退火30min；2、采用低温硫醇化学方法来修复S空位，此方法主要用特定分子MPS对样品处理24h，且处理前后需350℃退火30min，其中MPS需要进行液相工艺处理；3、对MoS2表面的S缺陷进行钝化处理，此方法需配置一种MA3Bi2Br9溶液，将其旋涂在MoS2上，再进行退火处理。为了降低MoS2二维材料中S空位缺陷，目前现有技术中大多数文献报道都是通过后期处理的方法，即将制备的样品通过复杂的物理/化学工艺步骤，降低S空位缺陷提高MoS2二维材料结晶质量。然而，后期处理手段不仅实验操作步骤复杂，工艺繁琐且成本高。因此，有必要研发一种更简单且成本低的方法得到高结晶度的MoS2二维材料。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中提出的问题，本专利技术提出一种MoS2二维材料S空位缺陷调控的制备方法，克服MoS2二维材料在材料制备阶段中S空位缺陷的产生，通过调控CVD法生长过程中S源生长温度，在样品制备阶段直接获得高结晶度的MoS2二维材料，该方法简单且制备成本低。在CVD法制备MoS2二维材料的过程中，其反应方程式为S2+MoO3→MoS2+SO2，反应过程中S蒸气先与MoO3发生还原反应生成MoO3-x，再与MoO3-x反应生成MoS2。本专利技术基于上述反应方程，提供了MoS2二维材料S空位缺陷调控的制备方法，通过调控CVD法生长过程中S源生长温度以提高S-Mo共价键成键概率的技术方案，目的在样品制备阶段直接获得高结晶度的MoS2二维材料，通过调节硫源(即低温区)的温度从160℃到170℃来系统地控制硫蒸气的浓度，在双温区管式炉内，高浓度的硫蒸气可以加速CVD生长的MoS2的正反应，从而使MoS2的尺寸变大。而且，在高温下，S更容易取代O，并与Mo共价键合，提高S-Mo成键概率，因此高浓度的S蒸气有助于降低VS缺陷的密度。具体的，本专利技术提供了MoS2二维材料S空位缺陷调控的制备方法，采用如下技术方案：一种MoS2二维材料S空位缺陷调控的制备方法，将S源置于双温区管式炉的低温区，将Mo源和衬底置于双温区管式炉的高温区，保证S源过量，在氩气环境中，保持高温区Mo源生长温度700℃不变，将低温区S源生长温度升温至160℃-170℃，并持续反应一段时间，即持续S源区和Mo源区生长温度1小时，待管式炉自然冷却后，得到MoS2二维材料。进一步的，S源为S粉，Mo源为MoO3粉末。进一步的，Mo源与S源中Mo：S原子的比例<1:2进一步的，S粉与MoO3粉末质量比4:1。进一步的，反应时间为60min。进一步的，所述衬底为SiO2/Si基片，所SiO2/Si基片SiO2的厚度为300nm。进一步的，低温区S源生长温度升温至170℃。上述MoS2二维材料S空位缺陷调控的制备方法，所述方法的具体步骤为：步骤一、将衬底分别在三氯乙烯、丙酮、乙醇溶液中超声清洗，再用去离子水清洗衬底表面并用高纯N2吹干；步骤二、称量S粉和MoO3粉末，分别置于刚玉舟内，并将已清洗的衬底平放在刚玉舟上，将盛有S粉的刚玉舟置于双温区管式炉的低温区，再将盛有MoO3的刚玉舟和衬底置于管式炉的高温区；步骤三、先通入使用氩气对管式炉的反应腔体吹扫，以排除石英管内空气，然后再将氩气作为保护气体，整个反应过程在氩气境中进行；步骤四：将S源所在低温区升温至160℃-170℃，将Mo源所在高温区升温至700℃，升温时间1小时，生长时间1小时，待管式炉自然冷却后，得到双层MoS2二维材料。进一步的，步骤三中，以流量为70sccm通入氩气吹扫管式炉的反应腔体，吹扫时间为30～40分钟；以流量15～20sccm通入氩气作为保护气体，直至反应结束。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提供了MoS2二维材料S空位缺陷调控的制备方法，在MoS2二维材料制备的过程中，直接通过调控S源生长温度调控CVD反应过程中S蒸汽浓度，提高S-Mo成键概率来降低S空位缺陷浓度，提高MoS2结晶质量。通过Raman、PL、XRD等方法验证通过调控S源浓度的方案，可以有效抑制MoS2二维材料中S空位缺陷的产生。2、本专利技术制备方法简单，成本低，相比于目前文献报道的后期物理、化学方法处理，该专利技术直接从生长制备阶段，从S空位缺陷的产生机理出发，设计采用双温区管式炉，通过调控低温区生长温度，调控样品制备过程中S蒸汽浓度，从根本上抑制S空位缺陷的产生，增加S-Mo共价键成键概率，提高材料结晶质量。该方法同样适用于CVD法生长其它高结晶质量过渡金属硫族化合物(MX2)，例如MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2、WSe2、WTe2二维材料。附图说明图1是化学气相沉积法制备MoS2过程中控制S浓度的示意图；图2是化学气相沉积法生长的MoS2形状演变过程示意图，演变过程从a→b→c→d；图3是MoO3和S源实现不同S蒸气局部化学环境的温度编程曲线，图中以左侧纵坐标的温度计，从下至上依次是温度150℃-180℃下S蒸气局部化学环境的温度编程曲线；图中以右侧纵坐标的温度计，最位于S蒸气上方的曲线是MoO3局部化学环境的温度编程曲线；图4是不同S源温度条件实施例1-3(160℃、165℃、170℃)以及对比例1-3(150℃、175℃、180℃)下CVD法制备MoS2二维材料的光学显微镜图；图5是不同S源温度条件实施例1-3(160℃、165℃、170℃)下化学气相沉积法法制备MoS2二维材料的X射线衍射图；图6是不同S源温度条本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MoS

【技术特征摘要】
1.一种MoS2二维材料S空位缺陷调控的制备方法，其特征在于，将S源置于双温区管式炉的低温区，将Mo源和衬底置于双温区管式炉的高温区，保证S源过量，在氩气环境中，保持高温区Mo源生长温度700℃不变，将低温区S源生长温度升温至160℃-170℃，并持续反应一定时间，待管式炉自然冷却后，得到MoS2二维材料。


2.根据权利要求1所述的MoS2二维材料S空位缺陷调控的制备方法，其特征在于，S源为S粉，Mo源为MoO3粉末。


3.根据权利要求1所述的MoS2二维材料S空位缺陷调控的制备方法，其特征在于，Mo源与S源中Mo：S原子的比例<1:2。


4.根据权利要求3所述的MoS2二维材料S空位缺陷调控的制备方法，其特征在于，S粉与MoO3粉末质量比为4:1。


5.根据权利要求1所述的MoS2二维材料S空位缺陷调控的制备方法，其特征在于，反应时间为60min。


6.根据权利要求1所述的MoS2二维材料S空位缺陷调控的制备方法，其特征在于，所述衬底为SiO2/Si基片，所SiO2/Si基片SiO2的厚度为300nm。

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【专利技术属性】
技术研发人员：李金华，石凯熙，翟英娇，楚学影，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22