二维过渡金属硫族化合物纳米片半金属特性的调控方法技术

本发明专利技术公开了一种二维过渡金属硫族化合物纳米片半金属特性的调控方法，该调控方法的步骤：先将二维过渡金属硫族化合物纳米片转移到基底上；再配置弱氧化性物质；随后将带有纳米片的基底置于弱氧化性物质环境中，静置，清洗，吹干，得到具有稳定半金属特性的二维过渡金属硫族化合物纳米片。该方法利用过渡金属原子终边导电网络通道，使二维过渡金属硫族化合物纳米片具有半金属特性。该方法避免了亚稳1T

【技术实现步骤摘要】
二维过渡金属硫族化合物纳米片半金属特性的调控方法


[0001]本专利技术属于缺陷工程领域，涉及一种简单，有效的二维过渡金属硫族化合物纳米片半金属特性的调控方法。

技术介绍

[0002]石墨烯的发现推动了二维材料的研究热潮。石墨烯由于具有超高的电导率和载流子迁移率，优良的热传导率和超强的机械强度等，在纳米电子学、能源、催化、传感等领域具有极大的应用前景。然而本征石墨烯为零带隙材料。一方面，零带隙使石墨烯具有金属特性，在电子器件电极接触方面优势独显，另一方面，零带隙又极大地限制了其在数字开关和光电探测等领域的发展。二维过渡金属硫族化合物作为一类具有可调带隙的类石墨烯材料，很大程度上弥补了石墨烯的不足，被认为是下一代新型电子和光电器件的理想替代材料。与金属性质的石墨烯相比，二维过渡金属硫族化合物在构筑电子器件时和金属电极接触势垒高，电子注入时需要克服较高的势垒，导致输出电流较小，一定程度上限制了二维过渡金属硫族化合物在电子器件领域的发展。因此，实现过渡金属硫族化合物纳米片半金属特性的调控，降低金半接触区域势垒高度至关重要。
[0003]目前，二维过渡金属硫族化合物金属/半金属特性的调控手段主要有电子束/离子束/等离子体诱导相变工程、离子插层法和静电掺杂诱导相变工程等。其中，电子束/离子束/等离子体等相变诱导过程主要由激发出的缺陷诱导原子面的滑移而实现，而离子插层和静电掺杂相变诱导过程主要由过多的电子掺入过渡金属硫族化合物中诱导相变实现。研究发现，多数调控二维过渡金属硫族化合物半金属/金属特性相变工程所实现的均是2H和1T
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相的混合相，主要以大面积的2H相包围小区域的1T
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相为主，这种岛状1T
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相的分布很难展现均匀的半金属/金属特性。此外，二维过渡金属硫族化合物2H相到1T
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相的转变是一个稳态到亚稳态的转变，1T
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相亚稳态会随着时间和温度等的变化逐渐恢复到2H相，导致电子器件不稳定。因此，发展稳定调控二维过渡金属硫族化合物纳米片半金属/金属特性的方法至关重要。
[0004]我们提出了一种简单有效的二维过渡金属硫族化合物纳米片半金属特性的调控方法。该方法通过诱导二维过渡金属硫族化合物纳米片中缺陷的生成和缓慢可控转变，在二维过渡金属硫族化合物纳米片中引入以过渡金属原子终边为主的导电金属网络通道，实现半导体到半金属特性的调控。该半金属调控方法成功避开了亚稳相1T
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相，以缺陷诱导产生过渡金属原子终边导电金属网络通道实现半金属特性调控，具备特性稳定的优点。同时，该方法简单有效、可控性好、与CMOS工艺兼容性高。此外，通过缺陷控制导电金属网络通道，在局域或大面积区域均能实现对二维过渡金属硫族化合物纳米片半金属特性的调控，且调控后的半金属特性稳定性好。

技术实现思路

[0005]本专利技术的内容在于提供一种简单有效的二维过渡金属硫族化合物纳米片半金属
特性的调控方法。该方法旨在有效解决相变工程调控二维过渡金属硫族化合物纳米片金属/半金属特性时稳定性差的问题，为二维过渡金属硫族化合物纳米片稳定的半金属特性调控提供有效可行的方案，以降低二维过渡金属硫族化合物纳米片和金属接触时的势垒高度。
[0006]为达上述目的，本专利技术的技术方案是:一种二维过渡金属硫族化合物纳米片半金属特性的调控方法，所述方法的具体步骤为：
[0007]S1：将过渡金属硫族化合物纳米片转移到基底上，备用；
[0008]S2：准备弱氧化性物质于器皿中，备用；
[0009]S3：将S1中带有二维过渡金属硫族化合物纳米片的基底放置于S2中的弱氧化性物质环境中保持一段时间，待过渡金属原子为终边的导电金属网络形成之后停止氧化；完成后先用去离子水清洗基底上残留的弱氧化性物质，随后用异丙醇清洗去离子水，最后氮气吹干，得到具有过渡金属原子终边导电网络通道的过渡金属硫族化合物纳米片。
[0010]所述S1的具体步骤为：
[0011]S1.1)：利用化学气相沉积法、微机械剥离法、化学液相插层法、物理气相沉积法等制备单层或者少层二维过渡金属硫族化合物纳米片；
[0012]S1.2)：采用湿法转移、干法转移等方法将过渡金属硫族化合物纳米片转移到不与弱氧化性物质反应的基底上。
[0013]S1.3)：若需调控过渡金属硫族化合物纳米片精确区域的半金属特性，则需在S1.2)所指的基底上利用电子束曝光技术将所需调控的区域曝光出来。
[0014]所述S2的具体步骤为：
[0015]S2.1)：将氧气、氯气、二氧化氮等具有氧化性的气体通入气路，备用；或将过氧化氢溶液、次氯酸溶液、稀硫酸溶液、稀硝酸溶液等弱氧化性溶液放置于棕色玻璃器皿保存备用。
[0016]所述S3的具体步骤为：
[0017]S3.1)：将S1中带有二维过渡金属硫族化合物纳米片的基底放置于S2中弱氧化环境中并保持一段时间，使弱氧化性物质诱导过渡金属硫族化合物纳米片产生点缺陷并持续演变为具有过渡金属原子终边的线缺陷。
[0018]S3.2)：若带有二维过渡金属硫族化合物纳米片的基底在弱氧化性气体环境中实施过渡金属原子终边导电金属网络通道的构建，则S3.1完成时用惰性气体吹去残余的氧化性气体即可；若浸泡在弱氧化性溶液中实现过渡金属原子终边导电金属网络通道的构建，则完成时先将基底放置于去离子水中清洗残余的弱氧化性溶液，随后用异丙醇清洗去离子水，并用惰性气体吹干即可。
[0019]所述过渡金属硫族化合物纳米片为CVD法、液相插层法、机械剥离法制备的单层或者少层二硫化钼、二硒化钨、二硫化钨、二硒化钼、二碲化钼等。
[0020]所述基底为硅片、云母、蓝宝石、PET等。
[0021]进一步，所述S1中过渡金属硫族化合物纳米片为化学气相沉积法、微机械剥离法、化学液相插层法、物理气相沉积法、化学气相转移法等制备的单层或者少层纳米片。
[0022]进一步，所述S1中的不与弱氧化性物质反应的基底为SiO2/Si、蓝宝石、云母、PET等。
[0023]进一步，所述S2中弱氧化性物质为空气、氧气、氯气、二氧化氮、过氧化氢溶液、次氯酸钠溶液、稀硫酸溶液，稀硝酸溶液等。
[0024]进一步，所述S3中过渡金属硫族化合物纳米片在弱氧化性物质环境中放置时间取决于弱氧化性物质的浓度和氧化能力的强弱，氧化程度以出现过渡金属原子终边导电金属网络通道为主。
[0025]本专利技术在二维过渡金属硫族化合物纳米片半金属特性的调控方法中主要具备以下几个特点：
[0026]1.该方法利用弱氧化性物质，通过缓慢氧化诱导二维过渡金属硫族化合物纳米片产生点缺陷，再进一步控制氧化速率使点缺陷发展为线缺陷，最终形成过渡金属原子终边导电网络通道，依据这些金属导电通道，使二维过渡金属硫族化合物纳米片具有半金属特性。该方法可有效替代调控过渡金属硫族化合物纳米片半金属/金属特性的传统相变工程，因为1T
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相不稳定且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维过渡金属硫族化合物纳米片半金属特性的调控方法，其特征在于，所述方法的具体步骤为：S1)将二维过渡金属硫族化合物纳米片转移到基底上，备用；S2)配置弱氧化性气体或液体，备用；S3)将S1)得到二维过渡金属硫族化合物纳米片的基底置于S2)配置的弱氧化性气体或者液体环境中进行诱导反应，静置，清洗，吹干，得到具有稳定半金属特性的二维过渡金属硫族化合物纳米片。2.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述S1)的具体步骤为：S1.1)利用化学气相沉积法、微机械剥离法、化学液相插层法或物理气相沉积法制备单层或少层的二维过渡金属硫族化合物纳米片；S1.2)采用湿法转移或干法转移方法将S1.1)得到单层或少层的二维过渡金属硫族化合物纳米片转移到基底上。3.根据权利要求2所述的调控方法，其特征在于，所述基底为SiO2/Si、云母、石英或PET。4.根据权利要求2所述的调控方法，其特征在于，所述S2)中弱氧化性气体的体积分数为：10％
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80％；所述弱氧化性液体的质量百分浓度为5
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50％。5.根据权利要求4所述的调控方法，其特征在于，所述弱氧化性气体包括：空气、氧气、氯气、一氧化氮气体和二氧化氮气体；所述弱氧化性液体包括：过氧化氢溶液、次氯酸钠溶液、稀硝酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，高丽，张铮，廖庆亮，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：