一种过渡金属硫族化合物晶圆及其制备方法和装置制造方法及图纸

本申请涉及一种过渡金属硫族化合物晶圆及其制备方法和装置，属于二维材料技术领域。该制备方法，包括：S1.组装生长模块；S2.将组装好的生长模块进行垂直堆叠，得到组合生长模块；将组合生长模块置于容器中，在惰性气体保护氛围下，升温至预定温度，进行化学气相沉积，得到晶圆。该方法采用“面对面”局域元素供应技术且选择高反应活性前驱体，能够有效解决传统模式“点对面”扩散生长源供应不均匀的问题；采取本申请的前驱体元素供应方法，能够大幅度扩展制备晶圆尺寸，扩展单片过渡金属硫族化合物晶圆尺寸至12英寸及以上，达到与当代半导体工艺兼容水平；且能够通过连续堆叠生长模块实现多片晶圆批量化生产。多片晶圆批量化生产。多片晶圆批量化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属硫族化合物晶圆及其制备方法和装置


[0001]本申请涉及二维材料
，且特别涉及一种过渡金属硫族化合物晶圆及其制备方法和装置。

技术介绍

[0002]二维过渡金属硫族化合物具有原子层厚度、高载流子迁移率、超快电荷转移等优秀物理化学性质，在极限尺寸场效应晶体管器件、可穿戴电子器件、柔性显示器件等领域展现出广阔的发展前景。目前，化学气相沉积技术被认为是制备高质量晶圆级二维过渡金属硫族化合物最有效的手段。但是，受限于生长前驱体较差的扩散能力，传统制备技术无法实现大尺寸过渡金属硫族化合物晶圆制备，主流制备尺寸小于4英寸，无法与当代半导体工艺线兼容；另一方面，传统制备技术需要配合多反应温区以及辅助扩散装置，极大限制了过渡金属硫族化合物晶圆的制备效率，通常制备速率为1片每批次，无法满足快速迭代的二维半导体技术的材料需求。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术中生长前驱体扩散能力较差，无法实现大尺寸晶圆的制备且制备效率低的技术问题；本申请实施例的目的之一在于提供一种制备上述晶圆的装置，该装置可以批量化制备不同材料种类过渡金属硫化物晶圆及其各类衍生物(包括但不限于多组分合金、Janus合金、异质结结构等)。
[0004]为实现上述目的之一，本申请采取的技术方案如下：
[0005]一种制备上述晶圆的装置，包括：
[0006]卡槽组件，卡槽组件设置有多个卡槽单元，单个卡槽单元从上到下依次设置有第一卡槽、第二卡槽和第三卡槽，第一卡槽、第二卡槽和第三卡槽间距排列；
[0007]支撑组件，支撑组件开设有与卡槽组件相适配的通孔，卡槽组件设置于通孔内，通孔的数量为多个。
[0008]本申请实施例的目的之二在于提供一种过渡金属硫族化合物晶圆的制备方法。该方法采用“面对面”局域元素供应技术以及选择高反应活性前驱体，能够有效解决传统模式“点对面”扩散生长源供应不均匀的问题；采取本申请的前驱体元素供应方法，能够大幅度扩展制备晶圆尺寸，扩展单片过渡金属硫族化合物晶圆尺寸至12英寸及以上，达到与当代半导体工艺兼容水平；且能够通过连续堆叠生长模块实现多片晶圆批量化生产。
[0009]为实现上述目的之二，本申请采取的技术方案如下：
[0010]一种过渡金属硫族化合物晶圆的制备方法，包括：
[0011]S1.将生长衬底、片状的带有过渡金属前驱体的基底和硫族元素供应源分别置于卡槽单元的第一卡槽、第二卡槽和第三卡槽内，得到组装好的生长模块；
[0012]S2.将多个步骤S1中组装好的生长模块进行堆叠，得到组合生长模块；将组合生长模块置于容器中，在惰性气体保护氛围下，升温至预定温度，进行化学气相沉积，得到晶圆。
[0013]本申请实施例的目的之三在于提供一种由上述的制备方法制得的过渡金属硫族化合物晶圆。该晶圆层数为均匀单层，具有高结晶度且缺陷密度低。
[0014]为实现上述目的之二，本申请采取的技术方案如下：
[0015]一种由上述的制备方法制得的过渡金属硫族化合物晶圆。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0017]图1为本申请实施例晶圆制备装置的结构示意图；
[0018]图2为本申请实施例的卡槽组件的结构示意图；
[0019]图3为本申请实施例的卡槽组件的俯视图；
[0020]图4为本申请实施例的晶圆制备装置的俯视图；
[0021]图5为图4中A
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A处的剖视图；
[0022]图6为本申请实施例1中2英寸单层MoS2的实物图；
[0023]图7为本申请实施例1中2英寸单层MoS2的STEM图；
[0024]图8为本申请实施例2中12英寸单层MoS2的实物图。
[0025]图标：100
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支撑组件；200
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卡槽组件；201
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第一卡槽；202
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第二卡槽；203
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第三卡槽。
具体实施方式
[0026]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0027]以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
[0028]图1为本申请实施例晶圆制备装置的结构示意图；图2为本申请实施例卡槽组件200的结构示意图；图3为本申请实施例卡槽组件200的俯视图；图4为本申请实施例晶圆制备的俯视图；图5为图4中A
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A处的剖视图。请参照图1
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图5，本申请实施例提供一种制备晶圆的装置，包括：
[0029]卡槽组件200，卡槽组件200设置有多个卡槽单元，单个卡槽单元从上到下依次设置有第一卡槽201、第二卡槽202和第三卡槽203，第一卡槽201、第二卡槽202和第三卡槽203间距排列；
[0030]支撑组件100，支撑组件100开设有与卡槽组件200相适配的通孔(图中未示出)，卡槽组件200设置于通孔内，通孔的数量为多个。
[0031]在使用时，第一卡槽201、第二卡槽202和第三卡槽203共同组成一个卡槽单元，多个卡槽单元并排设置；其中，第一卡槽201、第二卡槽202和第三卡槽203的间距可根据制备材料所需过渡金属源/硫族源比例精准调节，例如缩小第一卡槽201与第二卡槽202间距可
以有效增加过渡金属源浓度，增大第二卡槽202和第三卡槽203的间距可以有效降低硫族源浓度，对此本申请不作限定。
[0032]在使用时，将卡槽组件200卡接至支撑组件100上的通孔内，支撑组件100设置有两个，分别设置于卡槽组件200的两端，便于将卡槽组件200固定于支撑组件100上。本申请中作为示例性地，支撑组件100设置了三个通孔，三个通孔内均卡接有卡槽组件200，且三个通孔呈三角分布；这样设置可以使各卡槽中的的物料(比如晶片、基底和衬底等)牢固的放置于各自对应的卡槽中，不易脱落。
[0033]通孔的数量可以根据实际情况进行增加或者减少，对此本申请不作限定。
[0034]该装置可以通过增加卡槽单元的个数来增加晶圆的制备数量，从而使该装置可以批量化制备不同材料种类过渡金属硫化物晶圆及其各类衍生物(包括但不限于多组分合金、Janus合金、异质结结构等)。卡槽单元的个数为1
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1000，作为示例性地，卡槽单元的个数包括但不限于1、20、40、60、80、100、200、400、600、650、720、800、850、900、920、1000。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备过渡金属硫族化合物晶圆的装置，其特征在于，包括：卡槽组件，所述卡槽组件设置有多个卡槽单元，单个所述卡槽单元从上到下依次设置有第一卡槽、第二卡槽和第三卡槽，所述第一卡槽、第二卡槽和第三卡槽间距排列；支撑组件，所述支撑组件开设有与所述卡槽组件相适配的通孔，所述卡槽组件设置于所述通孔内，所述通孔的数量为多个。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一卡槽的宽度与所述第二卡槽的宽度相同或不同，所述第三卡槽的宽度大于所述第一卡槽的宽度，和/或，所述第三卡槽的宽度大于所述第二卡槽的宽度。3.一种过渡金属硫族化合物晶圆的制备方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的装置，该制备方法包括：S1.将生长衬底、片状的带有过渡金属前驱体的基底和硫族元素供应源分别置于卡槽单元的第一卡槽、第二卡槽和第三卡槽内，得到组装好的生长模块；S2.将多个步骤S1中组装好的生长模块进行堆叠，得到组合生长模块；将所述组合生长模块置于容器中，在惰性气体保护氛围下，升温至预定温度，进行化学气相沉积，得到晶圆。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，制备所述带有过渡金属前驱体的基底包括：采用旋涂的方法将液体过渡金属源加载于基底上，然后在60
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100℃下进行烘干处理；或采用片状的固体过渡金属源作为所述带有过渡金属前驱体的基底。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述生长衬底包括氧化铝晶片、熔融石英晶片、二氧化硅/硅晶片和金箔片中的任意一种。6.根据权利要求3
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5中任一项所述的制备方法，其特征在于，其中，过渡金属包括钼、钨、铌和铼中的任意一种；优选地，所述液体过渡金属源包括钼酸钠、钨酸钠和钼酸铵中的任意一种；优选地，所述固体过渡金属源包括过渡金属靶材或过渡金属箔片。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属靶材包括氧化钼、氧化钨和氧化铌中的任意一种；所述过渡金属箔片...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘开辉，刘灿，吴慕鸿，薛国栋，殷鹏，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：