一种基于分子束外延生长的碲化钼的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分子束外延生长的碲化钼的方法。将钼源和碲源分别置于不同的蒸发源内，蒸发的碲、钼原子在超高真空环境中沉积于表面处理后的Au（111）衬底表面，即得；所述钼原子的沉积速率为0.015~0.03ML/min，所述碲原子与钼原子的沉积速率比为18~25：1；所述Au（111）衬底的表面温度为265~285℃。该方法基于各过程间的协同控制，通过控制原料的沉积速率和衬底的表面温度可控合成单层1T

【技术实现步骤摘要】
一种基于分子束外延生长的碲化钼的方法


[0001]本专利技术涉及一种单层1T
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相碲化钼单晶的方法，具体涉及一种基于分子束外延单层1T
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相碲化钼单晶的方法，属于功能材料制备领域。

技术介绍

[0002]分子束外延技术目前已广泛应用于制备各种高纯度的多元或单元薄膜，成为在原子尺度制备高质量单晶薄膜和纳米结构的重要手段之一。其基本过程是在超高真空环境中，高纯度的分子束或原子束被沉积到原子级平整单晶衬底表面，在合适的基底温度下经吸附、迁移和表面反应等过程后，依据基底表面的原子排列而形成晶态薄膜。利用分子束外延技术，人们已经成功制备了诸多高质量的二维过渡金属硫族化合物薄膜，如MoS2、WS2、MoTe2、WSe2等。虽然上述的二维过渡金属硫族化合物有着2H相、1T
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相等不同的相，但是它们通常以2H相的形式稳定存在。进一步地，2H相的单层过渡金属硫族化合物是直接带隙半导体，在二维光电器件领域有着很大的应用，因此受到了人们的广泛关注。相较于2H相的二维过渡金属硫族化合物，1T
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相的二维过渡金属硫族化合物的研究则相对较少，其原因主要体现为以下二点：一，合成1T
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相的二维过渡金属硫族化合物仍是一个挑战。这是因为1T
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相的二维过渡金属硫族化合物在生长过程中，2H相往往伴随着一起出现，导致了1T
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相的二维过渡金属硫族化合物难以单独存在，更难以大规模合成。目前用于实验研究的二维1T
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相过渡金属硫族化合物的单晶只有十几纳米大小；二，1T
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相的二维过渡金属硫族化合物不够稳定，需要更加苛刻的生长环境，不然很容易受环境的影响发生相变。
[0003]随着人们对于二维过渡金属硫族化合物的认识进一步加深，有理论预测1T
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相的二维过渡金属硫族化合物是一类拓扑绝缘体，拓扑绝缘体不同于常规的绝缘体，它具有非常奇特的物理性质。对于二维拓扑绝缘体，它的内部是绝缘的，而边界是具有自旋
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动量锁定的金属态，边界上自旋方向相反的电子向相反的方向运动。由于受到时间反演对称性的保护，自旋相反电子之间的散射是严格禁止的。因此，二维拓扑绝缘体是实现自旋输运的理想材料体系，可用于新型低能耗高性能的自旋电子学器件。若将拓扑绝缘体与超导材料结合，构成拓扑超导体，则有可能实现拓扑量子计算。与此同时，实验上证实了单层的1T
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WS2、1T
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WSe2等二维过渡金属硫族化合物具有拓扑特性。基于这些新发现，1T
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相的二维过渡金属硫族化合物迅速引起了研究者们的兴趣。合成1T
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相的二维过渡金属硫族化合物仍处于起步阶段，利用分子束外延技术合成微米级别的高质量的1T
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相的二维过渡金属硫族化合物单晶尚未见报道，因此，利用分子束外延技术合成大尺寸、高质量的1T
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相的二维过渡金属硫族化合物的合成在现今仍是一个急需解决的难题。在众多二维过渡金属硫族化合物中，合成1T
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MoTe2更加具有挑战。由于1T
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MoTe2与1H
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MoTe2这两种相的能量差值特别小，只有0.05eV左右，这就意味着它们在生长过程中会同时出现，难以避免，这在很大的程度上限制了大尺寸、高质量单层1T
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MoTe2单晶的合成。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于分子束外延生长的碲化钼的方法。本专利技术在Au（111）原子级平面平台上实现了微米级单层1T
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MoTe2单晶的可控合成，所得单层1T
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MoTe2单晶表面洁净，结晶质量高，无杂相混合，可满足高能低耗电子学器件制备的性能要求；该方法基于各过程间的协同控制，通过控制原料的沉积速率和衬底的表面温度来可控合成1T
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MoTe2单晶。本专利技术所提供的制备方法具有工艺简单、良品率高和结晶质量高等优点，适合大规模工业化生产。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术提供了一种基于分子束外延生长的碲化钼的方法。该方法将Mo源和Te源分别置于不同的蒸发源内，蒸发的Te原子和Mo原子在超高真空环境中沉积于表面处理后的Au（111）衬底表面，即得；所述Mo原子的沉积速率为0.015~0.03ML/min，所述Te原子与Mo原子的沉积速率比为18~25：1；所述Au（111）衬底的表面温度为265~285℃。
[0006]作为一项优选的方案，所述Au（111）衬底置于Mo原子束流和Te原子束流的交汇中心。
[0007]作为一项优选的方案，所述Au（111）衬底的表面处理过程为：将Au（111）衬底在室温下通过氩离子溅射0.5~1h，除去吸附在衬底表面杂质，再于600~700℃下退火0.2~1h，进行表面重构，即得。
[0008]作为一项优选的方案，所述Au（111）衬底的表面处理过程中的退火时间为0.2~0.5h，温度为600~680℃。进一步优选，所述退火时间为20min，退火温度为650℃。
[0009]作为一项优选的方案，所述Au（111）衬底的表面处理过程中氩离子溅射时间为0.5~0.8h，进一步优选，所述氩离子溅射时间为40 min。
[0010]作为一项优选的方案，所述Au（111）衬底的处理过程重复1~3次。进一步优选，所述Au（111）衬底的处理过程重复2次。
[0011]作为一项优选的方案，所述氩离子溅射的参数条件为：发射电流为8~10mA，加速电压为1.6~2.2 kV，氩气浓度为0.5~1.5
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5 Torr。进一步优选，所述氩离子溅射的参数条件为：发射电流为10mA，加速电压为2kV，氩气浓度为1.1
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5 Torr。
[0012]作为一项优选的方案，所述Mo源为高纯Mo棒或高纯Mo粉，所述Te源为高纯Te粉。
[0013]作为一项优选的方案，所述蒸发源为电子束蒸发源或电阻式蒸发源。
[0014]作为一项优选的方案，所述Mo棒的蒸发源为电子束蒸发源，所述Te粉的蒸发源为电阻式蒸发源。
[0015]作为一项优选的方案，所述原子沉积的过包括：蒸发源挡板处于闭合状态，调节Mo源和Te源的蒸发速率，系统稳定运行后，打开蒸发源挡板进行外延生长，外延生长结束时同时闭合蒸发源挡板，随后关闭蒸发源，经保温，即得。
[0016]作为一项优选的方案，所述外延生长的时间为8~15min；所述保温的温度为265~285℃，保温的时间为8~15min。进一步优选，所述外延生长的时间为10min；所述保温的温度为275℃，保温的时间为10min。
[0017]作为一项优选的方案，所述钼原子的沉积速率为0.015~0.025ML本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分子束外延生长的碲化钼的方法，其特征在于：将Mo源和Te源分别置于不同的蒸发源内，蒸发的Te、Mo原子在超高真空环境中沉积于表面处理后的Au（111）衬底表面，即得；所述Mo原子的沉积速率为0.015~0.03ML/min；所述Te原子与Mo原子的沉积速率比为18~25：1；所述Au（111）衬底的表面温度为265~285℃。2.根据权利要求1所述的一种基于分子束外延生长的碲化钼的方法，其特征在于：所述Au（111）衬底的表面处理过程为：将Au（111）衬底通过氩离子溅射进行表面清洁，再于600~700℃下退火0.2~0.8h进行表面重构，即得。3.根据权利要求2所述的一种基于分子束外延生长的碲化钼的方法，其特征在于：所述Au（111）衬底置于Mo原子束流和Te原子束流的交汇中心；所述表面处理过程重复1~3次。4. 根据权利要求2所述的一种基于分子束外延生长的碲化钼的方法，其特征在于：所述氩离子溅射的参数条件为：发射电流为8~10mA，加速电压为1.6~2.2 kV，溅射时间为0.3~0.5h，氩气浓度为0.5~1.5
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5 Torr。5.根据权利要求1所述的一种基于分子束外延生长的碲化钼的方法，其特征在于：所述Mo源为高纯Mo棒或高纯Mo粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：王笑，赵海鹏，潘安练，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：