【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二维半导体材料制备，涉及一种以硫化镉为硫源生长双层二维材料的方法。
技术介绍
1、随着摩尔定律面临重大瓶颈，目前迫切需要可以替代硅cmos技术的新型材料来实现高速低能耗信息技术，此时二维材料就进入到了大家的视野中。石墨烯作为一种典型的二维材料，具有极高的载流子迁移率以及许多其他优异的性能，包括导热性高、机械强度高、比表面积大和宽带光吸收等。这些特性也促进了科学家对类石墨烯的其他二维材料进行了广泛的研究，包括六方氮化硼(h-bn)、二维过渡金属硫族化合物(tmdcs)、黑磷烯、硅烯、锗烯等。tmdcs是一类新型的二维材料，其中m是过渡金属原子(如mo或w)，x是硫族原子(如s、se或te)，tmdcs具有独特的原子级厚度，同时具有带隙可调、强自旋轨道耦合的优点以及良好的电子和机械性能，可广泛应用于电子学、自旋电子学、光电子学、柔性电子学、生物分子检测等领域。
2、双层二维材料中层与层之间的相互作用可以产生新奇的材料性质，如双层魔角(1.1°)石墨烯表现出超导特性，h-bn的电导率与堆叠结构相关，双层tmdcs的带隙也受其堆叠方式的影响。针对二维双层材料的制备，一般来说，机械剥离是获取高质量二维材料的理想方法，但这种方法显然不适合二维材料大规模生产，且该方法难以控制材料的层数、大小。化学气相沉积是一种形貌可控且大规模生长高质量和大面积的二维材料的方法，目前双层tmdcs的制备也通常采用化学气相沉积方法，通过对金属源加热温度或者衬底放置方式的策略来调控二维tdmcs的层数(单层、双层或多层)，但是针对双层tm
技术实现思路
1、针对上述存在的问题，本专利技术旨在提供一种以硫化镉作为硫源生长双层堆叠方式可控二维材料的方法，通过将过渡金属源与硫化镉在保护性气体中进行化学气相沉积反应，在生长衬底表面制备堆叠方式可控的双层过渡金属硫族化合物，生长的样品表现为aa和ab堆叠，所述方法操作简单、过程可控，所述材料形貌良好，具有广阔的应用前景。
2、针对上述目的，本专利技术提供了一种以硫化镉为硫源生长双层二维材料的方法，所述方法包括将过渡金属源与硫化镉粉末在保护性气体中进行化学气相沉积，通过将沉积时的温度控制在700-850℃，在生长衬底表面制备出aa堆叠和ab堆叠的双层过渡金属硫族化合物。
3、在本专利技术的一种实施方式中，通过将沉积时的温度控制在790～840℃，在生长衬底表面制备出aa堆叠的双层过渡金属硫族化合物。
4、在本专利技术的一种实施方式中，通过将沉积时的温度控制在800～850℃，在生长衬底表面制备出ab堆叠的双层过渡金属硫族化合物。
5、在本专利技术的一种实施方式中，所述过渡金属源包括钼源、钨源、铌源、钛源中的任意一种。
6、在本专利技术的一种实施方式中，所述钼源包括单质钼、三氧化钼、钼酸铵、钼酸钠中的至少一种，所述钨源包括单质钨、三氧化钨、钨酸铵、钨酸钠中的至少一种。
7、在本专利技术的一种实施方式中，在制备aa堆叠的双层二硫化钼时，将沉积时的温度控制在790℃，在制备ab堆叠的双层二硫化钼时，将沉积时的温度控制在800℃。
8、在本专利技术的一种实施方式中，在制备aa堆叠的双层二硫化钨时，将沉积时的温度控制在840℃，在制备ab堆叠的双层二硫化钨时，将沉积时的温度控制在850℃。
9、在本专利技术的一种实施方式中，所述生长衬底包括si/sio2、蓝宝石、云母、玻璃的任意一种。
10、在本专利技术的一种实施方式中，所述生长衬底为300nm sio2/si衬底。
11、在本专利技术的一种实施方式中，所述保护性气体包括氧化性气氛、还原性气氛和惰性气氛中的任意一种；所述氧化性气氛包括氩气与氧气的混合物或者氮气与氧气的混合物，所述还原性气氛包括氩气和氢气的混合物或者氮气与氢气的混合物，所述惰性气氛为氩气或氮气，所述保护性气体的通入量为5～100sccm。
12、在本专利技术的一种实施方式中，所述保护性气体为氩气和氢气的混合气，所述混合气中氩气与氢气的体积比例为4:1，所述混合气的通入流量为50sccm。
13、在本专利技术的一种实施方式中，所述化学气相沉积反应在管式炉内进行，所述管式炉中心区域的反应温度为700～850℃，反应时间为1～15min，升温速率为10-40℃/min。
14、在本专利技术的一种实施方式中，所述硫化镉放置在管式炉中距离中央区域5～8cm处的上游区域，所述衬底和过渡金属源放置在管式炉的中央区域。
15、在本专利技术的一种实施方式中，所述过渡金属源设置于所述衬底上。
16、在本专利技术的一种实施方式中，所述过渡金属源附着于所述衬底上，附着过程通过将过渡金属源的分散液涂敷在所述衬底上并干燥实现。
17、本专利技术使用的管式炉为常规的管式炉，加热部件设置在管式炉的中段，因此，将管式炉中与加热部件相对应的区域定义为中心区域，而上游区域指的是气流方向上游的位置。在使用管式炉时，通过控制中心区域的温度来控制化学气相沉积的温度，周边区域受中心热辐射具有一定的温度，距离越远，温度越低。
18、在本专利技术的一种实施方式中，所述方法包括以下步骤：
19、(1)将硫化镉粉末放置在管式炉中距离中央区域6cm的上游区域，300nm sio2/si生长衬底和过渡金属源一起放置在管式炉的中心区域；
20、(2)向步骤(1)所述的管式炉中通入保护性气体氩气，通入速率为50sccm，在管式炉内发生化学气相沉积反应，中心区域以40℃/min升温速率升至790～840℃，反应10min，在衬底表面得到具有aa堆叠方式的二维双层过渡金属硫化物纳米材料。
21、在本专利技术的一种实施方式中，所述方法包括以下步骤：
22、(1)将硫化镉粉末放置在管式炉中距离中央区域6cm的上游区域，300nm sio2/si生长衬底和过渡金属源一起放置在管式炉的中央区域；
23、(2)向步骤(1)所述的管式炉中通入保护性气体氩气，通入速率为50sccm，在管式炉内发生化学气相沉积反应，中心区域以40℃/min升温速率升至800～850℃，反应10min，在衬底表面得到具有ab堆叠方式的二维双层过渡金属硫化物纳米材料。
24、本专利技术还披露了一种利用上述方法制备获得的双层二维材料，所述双层二维材料尺寸为10-100μm，厚度为1-3nm，所述双层二维材料具有aa或ab堆叠方式。
25、本专利技术还披露了一种上述双层二维材料在电子器件、光学器件和传感器领域的用途。
26、本专利技术的有益效果：
27、(1)本专利技术以si/sio2、蓝宝石、云母、玻璃的任意一种为衬底，在管式炉中放入过渡金属源和硫化镉作为的硫源，通过化学气相沉积的方法制备双层本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种以硫化镉作为硫源生长双层二维材料的方法，其特征在于，所述制备方法包括：将过渡金属源与硫化镉粉末在保护性气体中进行化学气相沉积反应，通过将沉积时的温度控制在700-850℃，在生长衬底表面制备出AA堆叠和AB堆叠的双层过渡金属硫族化合物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过将沉积时的温度控制在790-840℃，在生长衬底表面制备出AA堆叠的双层过渡金属硫族化合物；通过将沉积时的温度控制在800～850℃，在生长衬底表面制备出AB堆叠的双层过渡金属硫族化合物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属源包括钼源和钨源；其中钼源包括单质钼、三氧化钼、钼酸铵、钼酸钠中的至少一种，钨源包括单质钨、三氧化钨、钨酸铵、钨酸钠中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积反应在管式炉内进行，所述管式炉中心区域的反应温度为700-850℃，反应时间为1-15min，升温速率为40℃/min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫化镉粉末放置在管式炉中距离中央区域
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生长衬底包括SiO2/Si、蓝宝石、云母、玻璃中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保护性气体包括氧化性气氛、还原性气氛和惰性气氛中的任意一种；所述氧化性气氛包括氩气与氧气的混合物或者氮气与氧气的混合物，所述还原性气氛包括氩气和氢气的混合物或者氮气与氢气的混合物，所述惰性气氛为氩气或氮气，所述保护性气体的通入流量为5～100sccm。
8.权利要求1～7中任一项所述的方法制备获得的双层二维材料。
9.根据权利要求8所述的双层二维材料，其特征在于，所述双层二维材料的尺寸为10-100μm，厚度为1-3nm，所述双层二维材料的堆叠方式为AA或者AB堆叠。
10.权利要求9所述的双层二维材料在电子器件、光学器件、量子器件、化学生物传感器领域的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种以硫化镉作为硫源生长双层二维材料的方法，其特征在于，所述制备方法包括：将过渡金属源与硫化镉粉末在保护性气体中进行化学气相沉积反应，通过将沉积时的温度控制在700-850℃，在生长衬底表面制备出aa堆叠和ab堆叠的双层过渡金属硫族化合物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过将沉积时的温度控制在790-840℃，在生长衬底表面制备出aa堆叠的双层过渡金属硫族化合物；通过将沉积时的温度控制在800～850℃，在生长衬底表面制备出ab堆叠的双层过渡金属硫族化合物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属源包括钼源和钨源；其中钼源包括单质钼、三氧化钼、钼酸铵、钼酸钠中的至少一种，钨源包括单质钨、三氧化钨、钨酸铵、钨酸钠中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积反应在管式炉内进行，所述管式炉中心区域的反应温度为700-850℃，反应时间为1-15min，升温速率为40℃/min。
5.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡正阳，丁常源，林依婷，顾晓峰，肖少庆，南海燕，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：
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