【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体，具体涉及一种氮化钨硅单晶薄膜及其制备方法。
技术介绍
1、氮化钨硅(wsi2n4)是由钨(w)、硅(si)、氮(n)元素构成的化合物，它属于硅氮化物类别，具有类似于硼氮化物(bn)和碳化硅(sic)等化合物的结构特点。wsi2n4晶体具有类似于石墨烯的层状结构，其中硅和氮原子构成了二维层，而钨原子则夹杂在层之间，这种层状结构使得wsi2n4具有一些特殊的物理和化学性质，为其在能源储存、催化剂和电子器件等领域的应用提供了潜在可能性。
2、wsi2n4是天然的p型半导体，禁带宽度为3.4ev，p型半导体的自由电子浓度较低，而自由空穴浓度较高，这意味着p型半导体中存在大量的正空穴，可以在外加电场或电压的作用下流动，并参与电子输运。这种高自由空穴浓度的特性使得p型半导体在一些特定应用中更为适用，例如p型晶体管和p型基片的制备。wsi2n4晶体具有层状结构，其中硅和氮原子构成了二维层，钨原子夹杂在层之间，这种结构使得wsi2n4具有较高的表面积和导电性能。wsi2n4具有较宽的能带间隙，表现出一定的半导体特性。该材料的电子结构研究显示，它具有良好的载流子迁移性能和光电特性，表明其在光电器件中的应用潜力。wsi2n4晶体在机械强度和硬度方面表现出良好的性能，具有较高的弹性模量和抗压强度，使其在耐磨损涂层和结构材料方面具有潜在应用。wsi2n4晶体在高温条件下表现出较好的热稳定性和耐氧化性，这使得它在高温催化和热障涂层等领域具有潜在应用。wsi2n4晶体的研究尚处于初步阶段，但已经取得了一些重要的进展。通过实
3、总体而言，wsi2n4晶体作为一种新型材料，具有独特的结构和优良的物理化学性能。尽管目前仍处于研究初级阶段，但对其合成方法和应用前景的研究已经展示了其广阔的应用潜力。随着进一步的研究和探索，wsi2n4晶体有望在多个领域展现出重要的应用价值。
4、现有技术中通过化学气相沉积的方法进行制备wsi2n4，但该方法制备的速率过慢，5个小时仅仅生长出单个横向尺寸在5微米以内的wsi2n4的三角形单晶薄膜，覆盖度低于10％。
5、因此，针对上述技术问题，有必要提供一种氮化钨硅单晶薄膜及其制备方法。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种氮化钨硅单晶薄膜及其制备方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术一实施例提供的技术方案如下：
3、一种氮化钨硅单晶薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
4、s1、提供钨箔，并对钨箔表面进行清洁；
5、s2、将钨箔移送至mocvd生长腔室中，向mocvd生长腔室中通入氮气，并对mocvd生长腔室进行升温，对钨箔表面进行预处理；
6、s3、向mocvd生长腔室中继续通入氢气，并对mocvd生长腔室进行升温至1000℃～1150℃；
7、s4、向mocvd生长腔室中继续通入硅烷和氨气，氨气和硅烷的气流量比为(2～10):1，在钨箔表面通过金属有机物气相沉积工艺在富氮氛围中生长得到氮化钨硅单晶薄膜。
8、一实施例中，所述步骤s1包括：
9、将钨箔在乙醇溶液进行超声处理，去除钨箔表面的残留杂质和有机物；
10、将钨箔在去离子水中进行超声处理，去除钨箔表面残留的有机溶剂；
11、采用氮气对钨箔进行吹扫，去除钨箔表面的水汽。
12、一实施例中，所述步骤s2中mocvd生长腔室为常压环境，氮气的气流量为20slm～1000slm。
13、一实施例中，所述步骤s2中“对mocvd生长腔室进行升温，对钨箔表面进行预处理”具体为：
14、以5℃/min～20℃/min的速率对mocvd生长腔室进行升温至50℃～70℃，并保持10min～30min，去除钨箔表面的有机物；
15、以5℃/min～20℃/min的速率对mocvd生长腔室进行升温至80℃～100℃，并保持10min～30min，去除钨箔表面的水汽；
16、以5℃/min～20℃/min对mocvd生长腔室进行升温至110℃～130℃，并保持20min～40min，去除钨箔表面的碳沉积。
17、一实施例中，所述步骤s3中氢气的气流量为1slm～20slm。
18、一实施例中，所述步骤s3中mocvd生长腔室的升温速率为20℃/min～50℃/min；和/或，
19、所述步骤s4中氨气的气流量为100sccm～1000sccm，硅烷的气流量为50sccm～500sccm。
20、一实施例中，所述步骤s4中氮化钨硅单晶薄膜的生长速率为
21、一实施例中，所述步骤s4后还包括：
22、氮化钨硅单晶薄膜生长完成后，停止硅烷和氨气的通入，并继续通入氮气和氢气，对氮化钨硅单晶薄膜进行高温退火。
23、一实施例中，所述钨箔的纯度不低于99.99％，钨箔表面的粗糙度小于10nm；和/或，
24、所述氨气的纯度不低于99.99％，硅烷的纯度不低于99.99％。
25、本专利技术一实施例提供的技术方案如下：
26、一种氮化钨硅单晶薄膜，所述氮化钨硅单晶薄膜通过上述的制备方法制备而得。
27、本专利技术具有以下有益效果：
28、本专利技术能高效快速地制备出大尺寸、厚度可控的高质量单晶薄膜，生长速率较化学气相沉积工艺有巨大的提高，在能源储存、催化剂、光电器件和材料保护等领域的应用潜力有较好的市场应用前景。
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1.一种氮化钨硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的氮化钨硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
3.根据权利要求1所述的氮化钨硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中MOCVD生长腔室为常压环境，氮气的气流量为20slm～1000slm。
4.根据权利要求3所述的氮化钨硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中“对MOCVD生长腔室进行升温，对钨箔表面进行预处理”具体为：
5.根据权利要求1所述的氮化钨硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中氢气的气流量为1slm～20slm。
6.根据权利要求1所述的氮化钨硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中MOCVD生长腔室的升温速率为20℃/min～50℃/min；和/或，
7.根据权利要求1所述的氮化钨硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中氮化钨硅单晶薄膜的生长速率为
8.根据权利要求1所述的氮化钨硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S4后还包
9.根据权利要求1所述的氮化钨硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述钨箔的纯度不低于99.99％，钨箔表面的粗糙度小于10nm；和/或，
10.一种氮化钨硅单晶薄膜，其特征在于，所述氮化钨硅单晶薄膜通过权利要求1～9中任一项所述的制备方法制备而得。
...【技术特征摘要】
1.一种氮化钨硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的氮化钨硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤s1包括：
3.根据权利要求1所述的氮化钨硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中mocvd生长腔室为常压环境，氮气的气流量为20slm～1000slm。
4.根据权利要求3所述的氮化钨硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中“对mocvd生长腔室进行升温，对钨箔表面进行预处理”具体为：
5.根据权利要求1所述的氮化钨硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中氢气的气流量为1slm～20slm。
6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：李春晓，宋文涛，詹高磊，袁秉凯，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：
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