一种二维/三维半导体异质结及其普适性制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二维/三维半导体异质结及其普适性制备方法，属于半导体异质结材料制备领域。本发明专利技术的半导体异质结例如MoS2/FeS,MoS2/CoS,MoS2/MnS,MoS2/ZnS,Mo(S

【技术实现步骤摘要】
一种二维/三维半导体异质结及其普适性制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体异质结
，具体为一种二维/三维半导体异质结及其普适性制备方法，在半导体异质结激光器、半导体异质结发光二极管、半导体异质结微波固态器件、自旋电子器件等领域具有重要的应用价值。

技术介绍

[0002]II
‑
VI族半导体是一类重要的半导体材料，包含ZnS、CdS、ZnSe、CdSe、ZnTe、CdTe、ZnS
x
Se1‑
x
、CdS
x
Se1‑
x
等。而半金属硫化物是一种在同一个材料上同时表现出金属和绝缘体特性的材料，是重要的自旋极化材料。
[0003]常见半导体异质结的制备方法有化学气相沉积法，分子束外延法，机械剥离法，液相外延法，激光脉冲沉积法等。异质结要求两种材料的晶格常数严格匹配，而且在二维材料表面往往又缺乏化学活性点，很难启动成核，给制备带来了难度。
[0004]机械剥离法，即通过PMMA、PVC等化学有机试剂将二维/三维材料转移到其他衬底上。机械剥离和重新堆叠限制了设备的产能，并且在转移过程中PMMA、PVC不容易彻底清除，另外还存在化学污染和容易造成机械损伤等。
[0005]液相外延法，即根据所需化学计量配制离子或分子溶液，选择合适的沉淀剂，运用电化学、升华、水解等操作，将饱和离子按单晶衬底结晶取向均匀沉积或结晶在单晶衬底上。由于溶液本身和产生的废液经常存在毒性，容易污染环境和对人员产生伤害，因此需要对这些液体进行严格的处理，这就大大增加了成本。
[0006]激光脉冲沉积法(PLD)是用准分子脉冲激光器产生高功率激光束，使靶材表面熔蚀，并产生高温高压等离子体定向局域发射在衬底上沉积形成纳米薄膜。这种方法的优点是可以溅射一些很难熔解的材料，并且靶材和衬底是分开控制的，因此衬底温度可以很低。然而这种方法也有一些期待解决的问题，比如激光喷溅容易产生靶材碎片和熔融小颗粒，这就降低了薄膜的质量。此外由于激光的能量比较集中，使得难于产生大面积的薄膜。
[0007]分子束外延法是利用含某种分子的分子束在衬底上生长一层或几层与衬底表面原子排列取向一致的晶体的方法。这种方法优点是由于衬底和源距离较远，可以使得结晶在较低的温度下完成，并且均匀性好，结晶质量高。但是这种设备昂贵，真空度要求特别高，并且生长速度非常慢，因此限制了它的大面积推广使用。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种二维/三维半导体异质结及其普适性制备方法，用化学气相沉积法开发了一种低成本、简便易行、结晶质量高，低缺陷密度的单晶二维/三维半导体异质结制备方法。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种二维/三维半导体异质结，包括MoS2/FeS,MoS2/CoS,MoS2/MnS,MoS2/ZnS,Mo(S
x
Se1‑
x
)2/ZnS
x
Se1‑
x
，Mo(S
x
Se1‑
x
)2/CdS
x
Se1‑
x
。
[0010]优选的，所述二维/三维半导体异质结为高度有序的单晶。
[0011]优选的，所述二维/三维半导体异质结为垂直堆叠异质结。
[0012]本专利技术还提供一种二维/三维半导体异质结的制备方法，所述制备方法为化学气相外延沉积法，包括但不限于化学气相外延沉积法、分子束外延，金属有机物气相沉积等。
[0013]进一步的，所述制备方法所使用的基底包括Si/SiO2(100)衬底及蓝宝石、云母衬底，但不限于这些衬底，其它衬底包括导电玻璃、KTaO3、MgAl2O4、(La,Sr)(Al,Ta)O3、Bi4Ge3O
12
、Y3Al5O
12
、Cd3Ga5O
12
、CdTe、ZnTe、Cd1‑
x
Zn
x
Te、ZnS、ZnSe、InAs、NaCl、LiF、CaF2、BaF2、MgO、ZrO2、Fe3O4等晶体基片。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0015]本专利技术所制备的单晶二维/三维半导体异质结具有工艺简单，结晶性好，晶体质量高(为单晶)，成本低等特点。
附图说明
[0016]图1a是TMDCs/XN异质结构的合成路线。
[0017]图1b是TMDCs/XN异质结构光学图像。
[0018]图2a是用于生长MoS2/FeS,MoS2/CoS,MoS2/MnSCVD装置。
[0019]图2b是用于生长MoS2/ZnS,Mo(S
x
Se1‑
x
)2/ZnS
x
Se1‑
x
，Mo(S
x
Se1‑
x
)2/CdS
x
Se1‑
x
CVD装置。
[0020]图3是TMDCs/XN异质结构的SEM图像。
[0021]图4是XN纳米片的SEM
‑
EDX图谱。
[0022]图5a是具有明显晶格条纹的MoS2/FeS异质结构的高分辨TEM。左上面板：低分辨率透射电镜。
[0023]图5b是SAED斑点显示两组完全六边形对称图案，分别属于FeS和MoS2，MoS2的(100)和(110)晶面。
[0024]图5c是MoS2的SAED。
[0025]图5d是TEM
‑
EDX光谱。揭示了异质结构中Fe、S、Mo元素的组成。Cu、C和O元素来自铜网。
[0026]图5e是X射线扫描电镜能谱仪线扫描，显示了有Fe元素和S元素，最上面是样品的扫描区域图像。
[0027]图6是MoS2/FeS样品的AFM图像。
[0028]图7a是MoS2/FeS,MoS2/CoS,MoS2/MnS，MoS2/ZnS,Mo(S
x
Se1‑
x
)2/ZnS
x
Se1‑
x
，Mo(S
x
Se1‑
x
)2/CdS
x
Se1‑
x
的Raman谱。
[0029]图7b是MoS2/FeS,MoS2/CoS,MoS2/MnS，MoS2/ZnS,Mo(S
x
Se1‑
x
)2/ZnS
x
Se1‑
x
，Mo(S
x
Se1‑
x
)2/CdS
x
Se1‑
x
的光致发光(PL)谱。
[0030]图8a和b分别是Mo(S
x
Se1‑
x
)2和Mo(S
x
Se1‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维/三维半导体异质结，其特征在于：所述二维/三维半导体异质结包括MoS2/FeS,MoS2/CoS,MoS2/MnS,MoS2/ZnS,Mo(S
x
Se1‑
x
)2/ZnS
x
Se1‑
x
，Mo(S
x
Se1‑
x
)2/CdS
x
Se1‑
x
。2.根据权利要求1所述的一种二维/三维半导体异质结，其特征在于：所述二维/三维半导体异质结为高度有序的单晶。3.根据权利要求1所述的一种二维/三维半导体异质结，其特征在于：所述二维/三维半导体异质结为垂直堆叠异质结。4.一种如权利要求1
‑
3任一项所述的二维/三维半导体异质结的制备方法，其特征在于：制备方法包括化学气相...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立，秦立云，王启胜，吴识腾，王震东，王剑宇，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：