一种层数可控的二维薄膜的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种层数可控的二维薄膜的制备方法和应用，所述二维薄膜的材料为

【技术实现步骤摘要】
一种层数可控的二维薄膜的制备方法和应用


[0001]本专利技术属于半导体材料领域，具体涉及一种层数可控的二维薄膜的制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]二维过渡金属硫族化合物
(TMD)
的化学式可以表示为
MX2，其中
M
代表过渡金属元素，包含
Mo、W、Re、Ti、V、Ta
等，
X
表示
S、Se、Te
硫族元素
。
目前已经发现了
40
多种稳定的二维层状过渡金属硫族化合物
。TMD
的层与层之间通过较弱的范德华力结合，而层内的原子通过强的共价键结合，具有类似“三明治”的结构，即一层过渡金属原子层被两层硫族原子层夹在中间堆叠而成
。
根据原子排列的不同，二维
TMD
的晶体结构可以分为三棱柱体结构
(2H)、
八面体结构
(1T)
及其扭曲结构
(1T
’
)。
根据其电子能带结构的不同，
TMD
的导电特性可以从半导体
(
如
MoS2和
MoSe2)
到半金属
(WTe2和
VS2)
，再到金属
(TaS2和
NbS2)。
进一步的研究发现，大多数
TMD
具有层数依赖的物理和化学性质
。
当材料从块体逐渐变成单层时，大多数的r/>TMD
的能带结构从间接带隙变为直接带隙，且禁带宽度也会发生变化，例如，单层
MoS2为直接带隙半导体，其禁带宽度为
1.9eV
，而其对应的块体是间接带隙半导体，禁带宽度为
1.3eV。
[0003]ReS2和
ReSe2作为
TMD
家族中的重要成员，但它们与其他
2H
相结构的
TMD(
如
MoX2,WX2)
不同，
ReX2因具有三斜晶系的
1T
相晶体结构，
Re
原子和近邻
Re
原子的共价键由于拥有额外电子而变得非常强，这样的
Re
‑
Re
键导致了钻石状链条
(diamond
‑
shaped chains,DS
‑
chains)
沿着
b[010]方向延伸，这种结构使得
ReX2展现出独特的光学
、
电学
、
力学等的各向异性特性
。
另外，
ReX2弱的层间耦合，使得
ReX2是与层数无关的直接带隙半导体
。ReX2这种独特的电学
、
光学
、
力学各向异性特性，使其在电子器件
、
光电子器件
、
储能器件
、
光电催化领域和微量分子探测方面展示出了良好的应用前景
。
[0004]通常可以采用机械剥离法
、
液相剥离法和化学气相沉积技术制备二维
ReX2，采用机械剥离法和液相剥离法制备的二维
ReX2的厚度不可控，面积小，产率低，其应用受到限制
。
采用化学气相沉积法制备的二维
ReX2几乎都是尺寸为几到几十微米的不连续的二维纳米片或纳米化，其扫描电子显微镜
(SEM)
图如图1所示，其中，图
1(a)
为
ReS2纳米片的
SEM
图；图
1(b)
为
ReS2纳米花的
SEM
图
。
化学气相法虽然产率和制备样品的效率与剥离法相比有较大提高，但尺寸小，在衬底上不连续分布导致其应用仍然受到一定的限制，比如制备光电器件时光刻不方便
。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种层数可控的二维薄膜
。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供一种用以制备上述二维薄膜的化学气相沉积系统
。
[0007]本专利技术的目的之三在于提供一种层数可控的二维薄膜的制备方法
。
[0008]本专利技术的目的之四在于提供一种表面拉曼增强活性衬底
。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0010]本专利技术的第一个方面在于提供一种层数可控的二维薄膜，所述二维薄膜的材料为
ReS2或
ReSe2，所述二维薄膜的层数为1～
12
层；所述二维薄膜是尺寸为厘米级的连续薄膜
。
本专利技术中的二维薄膜是连续的薄膜材料，其面积达到了厘米级，而非现有技术中尺寸为微米级的纳米片或纳米花
。
本专利技术中的尺寸为厘米级是指二维合金薄膜的长或宽的尺寸可以达到厘米级，例如：长或宽为
1cm
以上
。
[0011]优选地，所述二维薄膜的面积为
2cm2。
在进行化学气相沉积时，可以通过调整所使用的衬底的面积，从而制备出不同面积的二维薄膜，例如：若衬底的面积为
10mm
×
20mm
，则采用本专利技术中的方法制备出的二维薄膜的面积也为
10mm
×
20mm。
[0012]本专利技术的第二个方面提供了一种用以制备本专利技术第一个方面提供的二维薄膜的化学气相沉积系统，所述系统包括单温水平管式炉
A、
单温水平管式炉
B、
石英管
A
和石英管
B
，所述石英管
A
依次穿过单温水平管式炉
A
和单温水平管式炉
B
，所述石英管
A
中设有硫源或硒源，硫源或硒源位于单温水平管式炉
A
中的中心恒温区
I
，所述石英管
A
中设有石英管
B
，石英管
B
位于单温水平管式炉
B
中的中心恒温区
II
，石英管
B
中设有铼源；所述石英管
A
中设有氟金云母片，氟金云母片位于单温水平管式炉
B
中的中心恒温区
II
，且氟金云母片中心与石英管
B
出口之间的距离为
0.5cm
‑
13.5cm。
石英管
B
位于氟金云母片与硫源
/
硒源之间
。
[0013]本专利技术的第三个方面提供了本专利技术第一个方面提供的层数可控的二维薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0014]S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种层数可控的二维薄膜，其特征在于：所述二维薄膜的材料为
ReS2或
ReSe2，所述二维薄膜的层数为1～
12
层；所述二维薄膜为尺寸为厘米级的连续薄膜
。2.
一种用以制备权利要求1所述二维薄膜的化学气相沉积系统，其特征在于：所述系统包括单温水平管式炉
A、
单温水平管式炉
B、
石英管
A
和石英管
B
，所述石英管
A
依次穿过单温水平管式炉
A
和单温水平管式炉
B
，所述石英管
A
中设有硫源或硒源，硫源或硒源位于单温水平管式炉
A
中的中心恒温区
I
，所述石英管
A
中设有石英管
B
，石英管
B
位于单温水平管式炉
B
中的中心恒温区
II
，石英管
B
中设有铼源；所述石英管
A
中设有氟金云母片，所述氟金云母片位于单温水平管式炉
B
中的中心恒温区
II
，且氟金云母片中心与石英管
B
出口之间的距离为
0.5cm
‑
13.5cm。3.
权利要求1所述的层数可控的二维薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1
：将铼源放置于石英管
B
中，铼源位于单温水平管式炉
B
的恒温区；将硫源
/
硒源
、
氟金云母片放置于石英管
A
中，硫源
/
硒源位于单温水平管式炉
A
的恒温区，氟金云母片位于单温水平管式炉
B
的恒温区，氟金云母片的中心与石英管

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振，张晓茵，邹继润，魏爱香，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：