一种制备稀土元素掺杂二维过渡金属硫族化合物异质结的特殊方法技术

本发明专利技术涉及一种制备稀土元素掺杂二维过渡金属硫族化合物异质结的特殊方法，清洗硅片基底，分别称取钼酸铵四水合物，胆酸钠和三价稀土氯化物，PVP、NVP与PVA来制备掺杂二维过渡金属硫族化合物前驱体和转移液；将硅片放入匀胶机，旋涂前驱体溶液；在管式炉进气处置放盛满正十二硫醇的瓷舟，硅片放置在管式炉膛中心位置；通入载气，进行加热生长，生长完成后，利用转移液转移，使用转移平台与另一个生长有二维过渡金属硫族化合物的硅片进行堆叠，制备异质结，最后去除转移膜，异质结制备完成。利用液相辅助CVD生长方法，实现了将稀土元素掺杂进二维过渡金属硫族化合物，利用改进的湿法转移，减少了化学药品对样品的污染，并保证了转移后异质结的质量。移后异质结的质量。移后异质结的质量。

【技术实现步骤摘要】
一种制备稀土元素掺杂二维过渡金属硫族化合物异质结的特殊方法


[0001]本专利技术属于二维材料制备领域，具体而言，涉及一种制备稀土元素掺杂二维过渡金属硫族化合物异质结的特殊方法。

技术介绍

[0002]自2004年石墨烯成功剥离以来，二维材料领域引起了广泛关注，其中范德华异质结是由原子级厚度的二维材料堆叠构成的一种量子材料，不仅克服了石墨烯的禁带障碍，而且还表现出较好的各向异性的电学和光学行为、高电荷态密度、量子约束效应和灵活性。这些优点以及其混合异质结构的多样性使二维层状材料吸引了基础物理研究和电子、光电子、光子学和柔性器件的高端应用。稀土元素(RE)在f轨道上有丰富的价电子，稀土元素掺杂能够改变TMDs材料电子结构，使之具有新的光电特性，通过稀土元素掺杂以调节TMDs材料发光特性，对于丰富其应用大有裨益。
[0003]在已报道的研究中，单层TMDs掺杂稀土的相关报道较少，采用的稀土元素基本为Er或Eu，且材料制备方法均为干法合成。另外稀土掺杂二维异质结的相关报道也较少，目前仅有Er掺杂MoS2/Si异质结与WS2：Er/MoS2：Yb的纳米片异质结的相关研究，因此，本专利技术的目的提出了一种使用液相前驱体和掺杂剂，使原料具备分子级别均匀性，实现稀土元素分别掺杂进单层TMDs，并且利用湿法转移制备不同稀土元素掺杂层二维异质结的新构思，利用液相辅助CVD方法以及特殊溶液转移方法成功制备出不同稀土掺杂层的二维过渡金属硫族化合物异质结。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种制备稀土元素掺杂二维过渡金属硫族化合物异质结的特殊方法。
[0005]为解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种制备稀土元素掺杂二维过渡金属硫族化合物异质结的特殊方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一，基底的清洗：将硅片基底进行清洗，以彻底清除基底上的杂质；
[0007]步骤二，前驱体原料的准备：分别称取钼酸铵四水合物，胆酸钠和三价稀土氯化物，利用“溶胶
‑
凝胶”法，将原料充分分散混匀，构建出化学平衡的体系，与原来直接蒸发三价稀土氯化物相比，能保证稀土离子充分掺杂进二维过渡金属硫族化合物中；
[0008]步骤三，旋涂前驱体：将硅片放置在匀胶机正中心，吸取前驱体溶液，进行旋涂；
[0009]步骤四，采用单温区管式炉进行化学气相沉积反应：在管式炉进气处置放一个盛满正十二硫醇的瓷舟，将涂有前驱体的基底推入管式炉膛中心位置，在还原性载气的通入下，加热到反应温度进行基底上的生长；
[0010]步骤五，制备转移液：分别称取PVP、NVP与PVA于两个烧杯中，进行转移液一和转移液二的制作；
[0011]步骤六，旋涂转移液：将硅片放置在匀胶机正中心，分别吸取转移液一和二，进行旋涂；
[0012]步骤七，搭建异质结：将转移下来带有二维过渡金属硫族化合物的转移膜利用转移平台对应地搭建到另一个选好的生长有二维过渡金属硫族化合物的硅片上，进行异质结的制备；
[0013]步骤八，去除转移膜：异质结搭建完成后，将带有转移膜的硅片泡到热水里进行去除转移膜。
[0014]进一步地，步骤一中，超声波清洗机中平铺裁好的硅片，清洗剂按照丙酮
→
异丙醇
→
无水乙醇
→
高纯水的顺序进行替换，按顺序进行清洗，每步骤时长都设定为10min，最后用氮气枪将洗净的衬底吹干。
[0015]进一步地，步骤二中，称量730mg钼酸铵四水合物，伴随搅拌投入500mL去离子水中至全溶。量取10mL所配七钼酸铵溶液，加入150mg胆酸钠，充分搅拌形成乳液，即为MoS2生长前驱体；将三价稀土氯化物溶解于水中制成5mmol/L的溶液，再将其稀释一千倍，取10mL加入3.5mg四钼酸铵，放在超声波清洗仪中循环处理，直至观察到澄清透明的溶液，即得到相应Ln
3+
的掺杂剂；用移液枪吸取10μL掺杂剂溶液，加入到10mL主剂乳液中，即获得稀土掺杂量为0.5％(Ln：Mo摩尔比)的钼前驱体。
[0016]进一步地，步骤三中，取一片清洗后的硅片放置在匀胶机正中心，开启真空泵确认吸附牢固后，吸取前驱体溶液，滴下一滴于硅片抛光面正中央，以500rpm的转速旋涂1～3min，随即在4000rpm下再运行1～5min。
[0017]进一步地，步骤四中，在管式炉进气处置放一个盛满正十二硫醇的瓷舟，将涂有前驱体的硅片涂布面向上平放于另一瓷舟上，将此瓷舟置于管式炉正中间，通氩气洗气10～20min后，保持130scmm的气流量和10～30℃/分的温度提升，将管式炉加热至700℃～850℃，维持温度1～2h，之后等待设备自然降温，达到常温后关停载气，取出硅片。
[0018]进一步地，步骤五中，先称取2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)再吸取2ml N
‑
乙烯基吡咯烷酮(NVP)于10ml烧杯中，再加入1ml去离子水，和8ml无水乙醇再放入超声波清洗仪中循环处理，直至观察到澄清溶液，即为溶液一；称取聚乙烯醇(PVA)0.9g于10ml烧杯中，再加入10ml去离子水，搅拌，再置于加热台上加热，温度设为50℃～70℃，加热，即为溶液二。
[0019]进一步地，步骤六中，将带有样品硅片放置在匀胶机正中心，再吸取溶液一滴于硅片正中央，以3000rpm的转速旋涂1min，随即70℃烘箱烘烤3～5min，取出后再将样品置于在匀胶机正中心，吸取溶液二滴于硅片正中央在4000rpm下再运行1min，取下样品，70℃烘箱烘烤3～5min。
[0020]进一步地，步骤七中，将烘好的样品取出，先用尖口镊子在硅片边缘撬出分离口，再用镊子缓慢将溶液膜与硅片分离开，此时硅片上生长好的稀土掺杂二维过渡金属硫族化合物已经附着在溶液膜上，将带有样品的溶液膜朝上贴于PDMS薄膜上，再将PDMS带有样品的一面朝上贴于透明载玻片上，反置于转移平台上转移架上，再将另一生长有稀土掺杂二维过渡金属硫族化合物的硅片置于转移平台的下转移架上，利用显微镜找好上下两层的目标三角形化合物，最后使用垂直方向上的位移螺旋杆将上转移架上的溶液膜下落到下转移架上的硅片上贴合，之后加热到70℃～90℃，15～30min后，小心缓慢上抬上转移架，此时，溶液膜与PDMS分离并贴合在硅片上，稀土元素掺杂二维过渡金属硫族化合物的异质结搭建
完成。
[0021]进一步地，步骤八中，将在下转移架上的硅片取下，放到60℃～80℃的去离子水中浸泡，15～30min后取出，小心用氮气枪轻轻吹去残留的水珠，并放到烘箱中70℃烘烤2～min。
[0022]本专利技术利用液相辅助CVD生长方法，提出将稀土元素掺杂进二维过渡金属硫族化合物，进而制作不同稀土掺杂二维过渡金属硫族化合物异质结的新思路，重点解决液相CVD法合成稀土掺杂的二维过渡金属硫族化合物。
[0023]本专利技术所述方法通过改进的湿法转移法，利用PVP与PVA对二维材料和水的不同亲和度成功将二维过渡金属硫族化合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备稀土元素掺杂二维过渡金属硫族化合物异质结的特殊方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，基底的清洗：将硅片基底进行清洗，以彻底清除基底上的杂质；步骤二，前驱体原料的准备：分别称取钼酸铵四水合物，胆酸钠和三价稀土氯化物；步骤三，旋涂前驱体：将硅片放置在匀胶机正中心，吸取前驱体溶液，进行旋涂；步骤四，采用单温区管式炉进行化学气相沉积反应：在管式炉进气处置放一个盛满正十二硫醇的瓷舟；将涂有前驱体的基底推入管式炉膛中心位置；在还原性载气的通入下，加热到反应温度进行基底上的生长；步骤五，制备转移液：分别称取PVP、NVP与PVA于两个烧杯中，进行转移液一和转移液二的制作；步骤六，旋涂转移液：将硅片放置在匀胶机正中心，分别吸取转移液一和二，进行旋涂；步骤七，搭建异质结：将转移下来带有二维过渡金属硫族化合物的转移膜利用转移平台对应地搭建到另一个选好的生长有二维过渡金属硫族化合物的硅片上，进行异质结的制备；步骤八，去除转移膜：异质结搭建完成后，将带有转移膜的硅片泡到热水里进行去除转移膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤一中，超声波清洗机中平铺裁好的硅片，清洗剂按照丙酮
→
异丙醇
→
无水乙醇
→
高纯水的顺序进行替换，按顺序进行清洗。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤二中，称量730mg钼酸铵四水合物，伴随搅拌投入500mL去离子水中至全溶。量取10mL所配七钼酸铵溶液，加入150mg胆酸钠，充分搅拌形成乳液，即为MoS2生长前驱体；将三价稀土氯化物溶解于水中制成5mmol/L的溶液，再将其稀释一千倍，取10mL加入3.5mg四钼酸铵，放在超声波清洗仪中循环处理，直至观察到澄清透明的溶液，即得到相应Ln
3+
的掺杂剂；用移液枪吸取10μL掺杂剂溶液，加入到10mL主剂乳液中，即获得稀土掺杂量为0.5％(Ln∶Mo摩尔比)的钼前驱体。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤三中，取一片清洗后的硅片放置在匀胶机正中心，开启真空泵确认吸附牢固后，吸取前驱体溶液，滴下一滴于硅片抛光面正中央，以500rpm的转速旋涂1～3min，随即在4000rpm下再运行1～5min。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红军，王欢，景芳丽，胡章贵，吴以成，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：