一种石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜及其制备方法，方法包括：对铜箔衬底和二氧化硅/硅衬底分别进行清洁处理；在处理完成的铜箔衬底上生长石墨烯薄膜；将生长完成的石墨烯薄膜从处理完成的铜箔衬底上转移至处理完成的二氧化硅/硅衬底上，以得到沉积石墨烯薄膜的二氧化硅/硅衬底；在沉积石墨烯薄膜的二氧化硅/硅衬底上生长二硫化钼薄膜，以得到石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜。本发明专利技术通过在沉积石墨烯薄膜的二氧化硅/硅衬底上生成二硫化钼，得到大面积连续高质量的二维二硫化钼薄膜，使得在范德瓦尔斯力的作用下，石墨烯和二硫化钼自然形成范德瓦尔斯异质结，得到大面积连续高质量的石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜。结半导体薄膜。结半导体薄膜。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及化学
，尤其涉及一种石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]二维材料是纳米材料领域重要的一部分，二维材料是对一类材料的统称，指的只有一个或几个原子层厚的薄膜材料。人们一直认为厚度小至原子尺寸的薄膜被认定在热力学上是不稳定的，所以是不可能存在的，直到单层结构的石墨烯被制备出来，才证明了二维材料的存在，从此对二维材料的科学研究才逐渐开始引起人们的广泛关注。目前制备二维材料的方法主要包括化学气相沉积法、机械剥离法、锂离子插层法、液相剥离法、化学剥离法、水热法等方法。化学气相沉积法是目前制备大面积二维材料的一种主要方法。
[0003]各种不同的二维材料在范德瓦尔斯力的作用下可以形成异质结，并且晶格失配一般比较小。因此，不同层状的二维材料形成的异质结是构建新一代纳米电子器件的基石。当前石墨烯和二硫化钼异质结的研究已成为热点之一。石墨烯虽然具有优异的电学和光学等性质，但本征的石墨烯没有带隙的缺陷制约了它的发展。二硫化钼具有可调的带隙和良好的光学性能。两者形成的石墨烯/二硫化钼异质结可以充分发挥两者各自的优点。
[0004]目前有关石墨烯和二硫化钼薄膜的制备已被报道，但是对石墨烯和二硫化钼形成范德瓦尔斯异质结的报道还比较少，工艺还不成熟，需要持续的研究来改进制备工艺，去获得大面积、高质量的二维石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜及其制备方法，用以获得大面积、高质量的二维石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜。
[0006]基于上述目的，本专利技术提供了一种石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0007]对铜箔衬底和二氧化硅/硅衬底分别进行清洁处理；
[0008]在处理完成的铜箔衬底上生长石墨烯薄膜；
[0009]将生长完成的石墨烯薄膜从处理完成的铜箔衬底上转移至处理完成的二氧化硅/硅衬底上，以得到沉积石墨烯薄膜的二氧化硅/硅衬底；
[0010]在沉积石墨烯薄膜的二氧化硅/硅衬底上生长二硫化钼薄膜，以得到石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜。
[0011]在一些实施例中，在处理完成的铜箔衬底上生长石墨烯薄膜包括：
[0012]将处理完成的铜箔衬底放置于管式炉的石英管中；
[0013]对石英管进行抽真空处理，并将氢气通入石英管，且使氢气充满石英管的腔室；
[0014]将管式炉升温至第一预设温度，并恒温保持预设时间段；
[0015]将石英管内持续通入甲烷和氢气，并在第一预设温度下使甲烷和氢气进行反应，
以得到石墨烯；
[0016]基于处理完成的铜箔衬底上的石墨烯得到石墨烯薄膜。
[0017]在一些实施例中，在处理完成的铜箔衬底上生长石墨烯薄膜进一步包括：
[0018]将处理完成的铜箔衬底放置于第一陶瓷舟内，并将第一陶瓷舟放置于管式炉的石英管中的高温区；
[0019]对石英管进行抽真空处理，并将氢气通入石英管，且使氢气充满石英管的腔室；
[0020]将管式炉升温至1030℃，并恒温保持30分钟；
[0021]将石英管内持续通入甲烷和氢气，并在1030℃下使甲烷和氢气进行反应，以得到石墨烯；
[0022]基于处理完成的铜箔衬底上的石墨烯得到石墨烯薄膜。
[0023]在一些实施例中，将生长完成的石墨烯薄膜从处理完成的铜箔衬底上转移至处理完成的二氧化硅/硅衬底上之前的步骤还包括：
[0024]在得到石墨烯薄膜后，将石英管内持续通入氢气，直至石英管冷却至室温。
[0025]在一些实施例中，在沉积石墨烯薄膜的二氧化硅/硅衬底上生长二硫化钼薄膜，以得到石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜包括：
[0026]将沉积石墨烯薄膜的二氧化硅/硅衬底、三氧化钼及硫粉放置于石英管中；
[0027]对石英管进行抽真空处理，并将惰性气体通入石英管，以使惰性气体充满石英管的腔室；
[0028]将惰性气体持续通入石英管内，并将管式炉升温至第二预设温度，并在第二预设温度下使三氧化钼和硫粉进行反应，以得到二硫化钼；
[0029]基于附着在沉积石墨烯薄膜的二氧化硅/硅衬底上的二硫化钼得到石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜。
[0030]在一些实施例中，在沉积石墨烯薄膜的二氧化硅/硅衬底上生长二硫化钼薄膜，以得到石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜进一步包括：
[0031]将三氧化钼放置于第二陶瓷舟内，并将沉积石墨烯薄膜的二氧化硅/硅衬底放置于第二陶瓷舟内，且将第二陶瓷舟放置于石英管中的高温区，并将硫粉放置于第三陶瓷舟内，且将第三陶瓷舟放置于石英管中的低温区；
[0032]对石英管进行抽真空处理，并将惰性气体通入石英管，以使惰性气体充满石英管的腔室；
[0033]将惰性气体持续通入石英管内，并将管式炉升温至650℃，并在650℃下使三氧化钼和硫粉进行反应，以得到二硫化钼；
[0034]基于附着在沉积石墨烯薄膜的二氧化硅/硅衬底上的二硫化钼得到石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜。
[0035]在一些实施例中，方法还包括：
[0036]在得到石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜后，将石英管内持续通入惰性气体，直至石英管冷却至室温。
[0037]在一些实施例中，惰性气体为氩气。
[0038]在一些实施例中，对铜箔衬底和二氧化硅/硅衬底分别进行清洁处理包括：
[0039]将铜箔衬底和二氧化硅/硅衬底分别进行擦拭，并分别在洗洁精溶液中进行超声
处理，以得到初步清洁完成的铜箔衬底和二氧化硅/硅衬底；
[0040]将初步清洁完成的铜箔衬底和二氧化硅/硅衬底依次在去离子水中、酒精中以及丙酮中分别进行超声处理，以得到二次清洁完成的铜箔衬底和二氧化硅/硅衬底；
[0041]将二次清洁完成的铜箔衬底和二氧化硅/硅衬底分别用高纯氮气吹干，并在等离子清洗机中进行清洗，以去除铜箔衬底和二氧化硅/硅衬底上的有机杂质。
[0042]本专利技术的另一方面，还提供了一种石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜，其通过以下方法制备：
[0043]对铜箔衬底和二氧化硅/硅衬底分别进行清洁处理；
[0044]在处理完成的铜箔衬底上生长石墨烯薄膜；
[0045]将生长完成的石墨烯薄膜从处理完成的铜箔衬底上转移至处理完成的二氧化硅/硅衬底上，以得到沉积石墨烯薄膜的二氧化硅/硅衬底；
[0046]在沉积石墨烯薄膜的二氧化硅/硅衬底上生长二硫化钼薄膜，以得到石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜。
[0047]本专利技术至少具有以下有益技术效果：
[0048]本专利技术的石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜的制备方法，通过在铜箔上生成石墨烯，得到大面积连续高质量的二维石墨烯薄膜，然后再转移到二氧化硅/硅衬底上；高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对铜箔衬底和二氧化硅/硅衬底分别进行清洁处理；在处理完成的铜箔衬底上生长石墨烯薄膜；将生长完成的所述石墨烯薄膜从所述处理完成的铜箔衬底上转移至处理完成的二氧化硅/硅衬底上，以得到沉积所述石墨烯薄膜的二氧化硅/硅衬底；在所述沉积所述石墨烯薄膜的二氧化硅/硅衬底上生长二硫化钼薄膜，以得到石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在处理完成的铜箔衬底上生长石墨烯薄膜包括：将处理完成的铜箔衬底放置于管式炉的石英管中；对所述石英管进行抽真空处理，并将氢气通入所述石英管，且使所述氢气充满所述石英管的腔室；将所述管式炉升温至第一预设温度，并恒温保持预设时间段；将所述石英管内持续通入甲烷和所述氢气，并在所述第一预设温度下使所述甲烷和所述氢气进行反应，以得到石墨烯；基于所述处理完成的铜箔衬底上的所述石墨烯得到石墨烯薄膜。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在处理完成的铜箔衬底上生长石墨烯薄膜进一步包括：将处理完成的铜箔衬底放置于第一陶瓷舟内，并将所述第一陶瓷舟放置于管式炉的石英管中的高温区；对所述石英管进行抽真空处理，并将氢气通入所述石英管，且使所述氢气充满所述石英管的腔室；将所述管式炉升温至1030℃，并恒温保持30分钟；将所述石英管内持续通入甲烷和所述氢气，并在所述1030℃下使所述甲烷和所述氢气进行反应，以得到石墨烯；基于所述处理完成的铜箔衬底上的所述石墨烯得到石墨烯薄膜。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将生长完成的所述石墨烯薄膜从所述处理完成的铜箔衬底上转移至处理完成的二氧化硅/硅衬底上之前的步骤还包括：在得到所述石墨烯薄膜后，将所述石英管内持续通入所述氢气，直至所述石英管冷却至室温。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述沉积所述石墨烯薄膜的二氧化硅/硅衬底上生长二硫化钼薄膜，以得到石墨烯/二硫化钼异质结半导体薄膜包括：将所述沉积所述石墨烯薄膜的二氧化硅/硅衬底、三氧化钼及硫粉放置于所述石英管中；对所述石英管进行抽真空处理，并将惰性气体通入所述石英管，以使所述惰性气体充满所述石英管的所述腔室；将所述惰性气体持续通入所述石英管内，并将所述管式炉升温至第二预设温度，并在所述第二预设温度下使所述三氧化钼和所述硫粉进行反应，以得到二硫化钼...

【专利技术属性】
技术研发人员：张璐，
申请(专利权)人：山东云海国创云计算装备产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：