CN106567055A - 一种大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及二硫化钨领域，具体为一种大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法。采用化学气相沉积技术，以对钨溶解度极低的金为生长基体，在常压下利用钨源和硫源高温下在金基体表面催化反应，自限制生长完全单层的二硫化钨的大尺寸单晶和大面积连续薄膜。利用常压条件下所得二硫化钨和金基体结合较弱的特点，分别采用鼓泡转移方法和鼓泡与卷对卷转移相结合的方法，在不破坏金基体的情况下将大面积完全单层的二硫化钨转移至刚性和柔性基体上。采用本发明可获得完全单层的高质量毫米级二硫化钨单晶和大面积连续薄膜，为单层二硫化钨在电子/光电子器件、自旋器件和太阳能电池、气体/光传感器、柔性薄膜电子/光电子器件等领域的应用奠定基础。

Description

一种大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法
技术领域：
本发明涉及单层二硫化钨新材料及其化学气相沉积(CVD)制备技术，具体为一种大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，适于大面积完全单层的二硫化钨单晶及连续薄膜的低成本大量制备。
背景技术：
自2004年英国曼彻斯特大学的研究所首次分离出石墨烯以来，石墨烯因其优异的电学、热学和力学性能，在多功能纳电子器件、透明导电膜、复合材料、催化材料、储能材料、场发射材料、气体传感器及气体存储等领域获得广泛研究和应用。但是，石墨烯是零带隙二维材料，不能作为晶体管的沟道层，限制了自身在纳米电子器件、光电转换等方面的进一步应用。目前，人们发现了多种二维过渡族金属硫族化合物，如二硫化钼、二硒化钼、二硫化钨、二硒化钨等，均有着与是石墨烯相似的六方/三方结构，却有着合适大小的带隙，表现出与石墨烯不同的半导体性质。而二维的二硫化钨正是其中的重要研究对象，特别是单层二硫化钨，不仅其带隙～2.0eV正好处于可见光范围，而且是一种直接带隙半导体，有着突出而独特的光电性能，是目前材料科学和凝聚态物理研究领域的新热点。
早期单层二硫化钨的制备方法有微机械剥离法和液相剥离法，前者只能得到极少量单层二硫化钨，尺寸一般在微米量级，效率很低，但质量较高；后者产量较高，但质量较差，尺寸更小，一般在几百个纳米。近几年发展的单层二硫化钨的化学气相沉积法制备，可以得到单层二硫化钨的100微米量级单晶和连续薄膜，有着简单易行、产物尺寸大的优点。然而这些制备方法所用的基体为惰性材料，如二氧化硅、三氧化二铝等，不是表面催化生长的过程，因而得到的单层二硫化钨层数和大小控制性不佳，有着较多的生长缺陷，导致其电学性能远不及微机械剥离法制备的样品性能。另一方面，这些惰性基体为坚硬的、脆性的原子晶体，无法像铂箔上生长的石墨烯那样使用低成本的卷对卷转移方法(申请号：201410376865.8)转移到聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等柔性基体上；而且转移过程中，需要使用强碱或强酸腐蚀掉这些惰性基体，极易造成环境污染和基体材料的浪费，成本高。因此，如何实现大面积高质量完全单层的二硫化钨的生长和低成本转移，成为单层二硫化钨乃至整个二维材料研究领域的难点和迫切需求。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，该方法具有产物质量高、尺寸大、层数均一性和可控性好、生长窗口宽以及易于操作和放大等优点，因此可作为一种低成本大量制备大面积单层二硫化钨的单晶及连续薄膜的理想方法。
本发明的技术方案是：
一种大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，该方法采用化学气相沉积技术，以对钨溶解度极低的金为生长基体，在常压下利用钨源和硫源高温下在金基体表面催化反应，自限制生长高质量完全单层的二硫化钨的大尺寸单晶和大面积连续薄膜；利用常压条件下所得二硫化钨和金基体结合较弱的特点，分别采用鼓泡转移方法和鼓泡与卷对卷转移相结合的方法，在不破坏金基体的情况下，将大面积完全单层的二硫化钨转移至刚性目标基体和柔性目标基体上。
所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，生长产物二硫化钨单晶或薄膜的厚度在所有区域均为严格的单层，双层或多层二硫化钨单晶或薄膜的区域少于二硫化钨单晶或薄膜总面积的0.2％甚至为零。
所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，所用金基体为表面平整的金的薄片或薄膜，纯度大于99wt％，厚度不小于100nm(优选为200nm～200μm)。
所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，所用金基体在生长之前，在丙酮、乳酸乙酯、水和乙醇之一种或两种以上中分别超声清洗，时间不少于10min(优选为20～60min)。
所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，所用金基体在生长之前需进行退火处理，处理温度为800℃～1064.18℃(金的熔点)；退火处理的气氛为惰性气体，或者气氛为氮气、氧气或空气，或者气氛为以上中两种以上的混合气体；其中，每种气体摩尔百分含量不小于1％(优选为5％～100％)，流速不小于5sccm(优选为10～1000sccm)，退火时间不少于5min(优选为10～300min)。
所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，所用钨源为含钨化合物：三氧化钨、二氧化钨、六氯化钨中的之一种或两种以上；硫源为硫蒸汽，或者硫源为含硫化合物：硫化氢、二氧化硫中的之一种或两种以上；载体为惰性气体或者氮气，或者气氛为以上中两种以上的混合气体；钨源、硫源和载气的纯度均大于99％，钨源与硫源的摩尔比为0.01～1(优选为0.02～0.2)，硫源与载气的摩尔比为1×10-7～1×103(优选为4×10-7～5×10-4)。
所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，反应压力为常压，生长温度为500℃～1064.18℃，生长时间不小于1min(优选为5～300min)；生长结束后，金基体需在惰性气体或者氮气的载体保护下，慢速冷却至200℃以下，慢速冷却的速率小于200℃/s(优选为0.1～50℃/s)。
所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，该方法制备的单层的二硫化钨单晶尺寸达毫米级，通过延长生长时间，单层二硫化钨单晶的晶粒会拼接成连续的完全单层的二硫化钨薄膜，所得二硫化钨和金基体结合较弱。
所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，分别采用“申请号：201110154465.9”鼓泡转移方法和“申请号：201410376865.8”鼓泡与卷对卷转移相结合的方法，在不破坏金基体的情况下将大面积完全单层的二硫化钨转移至刚性目标基体和柔性目标基体上，刚性目标基体为SiO2/Si或玻璃，柔性目标基体为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯或沉积有电极的聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯，并且通过层层转移的方法实现大面积多层二硫化钨和二硫化钨/石墨烯二维材料叠层异质结构的制备。
所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，转移后的金基底再次用于生长二硫化钨，而且在生长参数不变的前提下，再次生长所得的二硫化钨与使用同一金基底的上次生长的相比，不发生结构和质量上的衰减。
本发明的特点及有益效果是：
1、本发明采用常压化学气相沉积技术，以金为生长基体，利用金中钨溶解度极低以及金可以催化钨源硫化的特点，使钨源和硫源高温下在金基体表面催化反应，自限制生长出高质量完全单层的二硫化钨的大尺寸单晶和大面积连续薄膜。该方法所得二硫化钨为完全单层，均一性好，质量高。二硫化钨的面积取决于所使用的金基体的面积(1英寸管径反应炉所得二硫化钨面积可达5cm2以上)。
2、本发明中常压化学气相沉积方法所得单层二硫化钨和金基体结合离较弱，可分别采用鼓泡转移方法和鼓泡与卷对卷转移相结合的方法，在不破坏金基体的情况下将大面积完全单层的二硫化钨转移至刚性目标基体和柔性目标基体上，生长基体可重复使用，转移成本低，无污染。
3、本发明的常压化学气相沉积技术和卷对卷鼓泡无损转移技术均易于放大，有望实现大面积单层二硫化钨的低成本连续化大量生产，并且卷对卷鼓泡无损转移技术与大面积柔性电子器件的制作工艺兼容，可直接实现大面积柔性器件的制作。
4、采用本发明可获得单层二硫化钨的毫米级尺寸的高质量单晶及大面积连续薄膜，为单层二硫化钨在电子/光电子器件、自旋器件和太阳能电池、气体/光传感器、柔性薄膜电子/光电子器件等领域的应用奠定基础。
附图说明：
图1为CVD法生长完全单层的二硫化钨的实验装置示意图。图中，1气体入口；2硫加热器；3硫单质；4水平式反应炉；5三氧化钨粉末；6金基体；7热电偶；8气体出口；9石英管。
图2以金为基体生长的单层二硫化钨的大尺寸单晶的光学显微照片，图中的标尺为500微米。实验条件见实施例1。
图3(a)为以金为基体生长的单层二硫化钨的大尺寸单晶的光学显微照片，图中的标尺为500微米；图3(b)为金片上生长后采用鼓泡转移(申请号：201110154465.9)至Si/SiO2基体上的单层二硫化钨的大尺寸单晶的光学显微照片，图中的标尺为100微米。实验条件见实施例2。
图4金片上单层二硫化钨的单晶的融合(a)-(b)及由其拼接而成的连续薄膜(c)，图中的标尺为100微米。图中用线标示了融合在一起的单层二硫化钨的单晶，制备单层二硫化钨的连续薄膜的实验条件见实施例3。
图5为鼓泡(申请号：201110154465.9)与卷对卷转移(申请号：201410376865.8)相结合的方法示意图，金箔上生长的单层二硫化钨通过示意图上的过程无损地转移至柔性目标基体上。具体实施过程见实施例3。
图6为金片上生长后采用鼓泡(申请号：201110154465.9)和卷对卷转移(申请号：201410376865.8)相结合的方法转移至125微米厚的PET基体上的单层二硫化钨的大面积连续薄膜及叠层结构。图6(a)为平铺状态下的单层二硫化钨的大面积连续薄膜，图6(b)为图6(a)中样品的弯曲状态，图6(c)为弯曲状态下的单层二硫化钨/单层二硫化钨的叠层连续薄膜，图6(d)为弯曲状态下的单层石墨烯/单层二硫化钨的叠层连续薄膜。制备单层二硫化钨的连续薄膜的实验条件和转移方法见实施例3。
图7(a)为单层二硫化钨的大尺寸单晶的拉曼光谱，激光波长为532纳米；图7(b)为单层二硫化钨的大尺寸单晶的的荧光光谱，激光波长为532纳米。
图8(a)为金基体上生长后采用鼓泡转移(申请号：201110154465.9)至Si/SiO2基体上的单层二硫化钨单晶的制成的场效应晶体管，电极为Ti/Au，图中标尺为10微米；图8(b)为室温下测得的单层二硫化钨单晶的场效应晶体管的漏极电流与栅极电压的关系，据此可得到单层二硫化钨单晶的载流子迁移率为1.9cm2/V·s；图8(c)为9个单层二硫化钨单晶的场效应晶体管的载流子迁移率和开关比电阻的统计，据此可得到单层二硫化钨单晶的载流子迁移率为1～2cm2/V.s，开关为4×106～5×107。
图9为基于单层二硫化钨的柔性场效应晶体管的大面积阵列，柔性基底为125微米后的PEN。图9(a)为制作单层二硫化钨的柔性场效应晶体管阵列的基本流程，电极为Ti/Au，介电层为Al2O3，图中标尺为10微米；图9(b)为弯曲状态下的单层二硫化钨的柔性电子场效应晶体管的大面积阵列的数码照片；图9(c)为弯曲循环前后，室温下测得的单层二硫化钨的柔性场效应晶体管的漏极电流与栅极电压的关系，据此可得单层二硫化钨的柔性场效应晶体管的载流子迁移率为0.99cm2/V·s，开关比为～6×105，弯曲半径15mm下经100次弯曲循环后电学性能没有衰减。制备基于单层二硫化钨的柔性场效应晶体管的大面积阵列的实验条件和制作方法见实施例4。
具体实施方式：
以下结合附图及实施例进一步详述本发明。
实施例1
如图1所示，本发明采用水平式反应炉4生长单层二硫化钨，石英管9作为反应器，石英管9内径为22mm，石英管9两端分别设有气体入口1和气体出口8；盛有三氧化钨粉末5的石英舟置于水平式反应炉4高温区，金基体6置于三氧化钨粉末5上方1～10mm处，不接触三氧化钨粉末5，热电偶7位于水平式反应炉高温区，以实时监控反应温度；盛有硫单质3(如：硫粉、硫片或硫块)的石英舟置于水平式反应炉4炉外的石英管9内的上游，用置于石英管9外的加热器2，加热器2单独对硫单质3控温加热，以产生硫蒸汽。首先，将多晶金片(厚度100μm，长×宽＝20mm×10mm)放到丙酮、水、乙醇中分别进行超声清洗30min。清洗完成后，把金片放到高温炉中，在1000℃下退火10h，使单个晶粒达到毫米级。然后，将退火后的金片放置于水平式反应炉(炉管直径22毫米，反应区长度40毫米)中央区域(反应区，在此位置有热电偶实时监测炉温)；在氩气的气氛中加热至800℃(加热过程中氩气流速为500毫升/分钟，升温速度40℃/分钟)，热处理10分钟；热处理完成后，启动加热器至200℃，开始生长二硫化钨，生长时间为5小时，生长结束后以5℃/s的速度慢速冷却至300℃以下，得到大尺寸单晶二硫化钨。
光学显微镜和共振激光拉曼光谱、荧光光谱观察表明，所得二硫化钨为大尺寸单层单晶结构。最大尺寸接近1毫米，二硫化钨结构连续完整无破损，具有较高质量，且所有区域均为单层。
实施例2
如图1所示，本发明采用水平式反应炉4生长单层二硫化钨，石英管9作为反应器，石英管9内径为22mm，石英管9两端分别设有气体入口1和气体出口8；盛有三氧化钨粉末5的石英舟置于水平式反应炉4高温区，金基体6置于三氧化钨粉末5上方1～10mm处，不接触三氧化钨粉末5，热电偶7位于水平式反应炉高温区，以实时监控反应温度；盛有硫单质3(如：硫粉、硫片或硫块)的石英舟置于水平式反应炉4炉外的石英管9内的上游，用置于石英管9外的加热器2，加热器2单独对硫单质3控温加热，以产生硫蒸汽。首先，将多晶金片(厚度100μm，长×宽＝20mm×10mm)放到丙酮、水、乙醇中分别进行超声清洗30min。清洗完成后，把金片放到高温炉中，在1000℃下退火10h，使单个晶粒达到毫米级。然后，将退火后的金片放置于水平式反应炉(炉管直径22毫米，反应区长度40毫米)中央区域(反应区，在此位置有热电偶实时监测炉温)；在氩气的气氛中加热至800℃(加热过程中氩气流速为200毫升/分钟，升温速度40℃/分钟)，热处理10分钟；热处理完成后，启动加热器至200℃，开始生长二硫化钨，生长时间为4小时，生长结束后以50℃/s的速度慢速冷却至300℃以下，得到大尺寸单晶二硫化钨。
光学显微镜和共振激光拉曼光谱、荧光光谱观察表明，所得二硫化钨为大尺寸单层单晶结构。最大尺寸为400mm，二硫化钨结构连续完整无破损，具有较高质量，且均为单层。
采用鼓泡转移将金片上生长的单层二硫化钨单晶转移至Si/SiO2基体上。光学显微镜观察表明，转移后的二硫化钨结构连续完整无破损，且所有区域均为单层。
实施例3
如图1所示，本发明采用水平式反应炉4生长单层二硫化钨，石英管9作为反应器，石英管9内径为22mm，石英管9两端分别设有气体入口1和气体出口8；盛有三氧化钨粉末5的石英舟置于水平式反应炉4高温区，金基体6置于三氧化钨粉末5上方1～10mm处，不接触三氧化钨粉末5，热电偶7位于水平式反应炉高温区，以实时监控反应温度；盛有硫单质3(如：硫粉、硫片或硫块)的石英舟置于水平式反应炉4炉外的石英管9内的上游，用置于石英管9外的加热器2，加热器2单独对硫单质3控温加热，以产生硫蒸汽。首先，将多晶金片(厚度50μm，长×宽＝30mm×20mm)放到丙酮、水、乙醇中分别进行超声清洗30min。清洗完成后，把金片放到高温炉中，在1000℃下退火10h，使单个晶粒达到毫米级。然后，将退火后的金片放置于水平式反应炉(炉管直径22毫米，反应区长度40毫米)中央区域(反应区，在此位置有热电偶实时监测炉温)；在氩气的气氛中加热至800℃(加热过程中氩气流速为200毫升/分钟，升温速度40℃/分钟)，热处理10分钟；热处理完成后，启动加热器至220℃，开始生长二硫化钨，生长时间为1.5小时，生长结束后以5℃/s的速度慢速冷却至300℃以下，得到由单层二硫化钨单晶拼接而成的连续薄膜。
光学显微镜和共振激光拉曼光谱、荧光光谱观察表明，所得二硫化钨是由单层二硫化钨单晶拼接而成的，薄膜结构连续完整无破损，尺寸达30mm×20mm，具有较高质量，且所有区域均为单层，其中单个二硫化钨晶畴尺寸为50～100微米。
采用鼓泡和卷对卷转移相结合的方法，将金片上生长的单层二硫化钨的大面积连续薄膜转移至PET基体上，形成单层二硫化钨/PET结构。数码照片表明转移后的二硫化钨结构连续完整无破损，且均为单层。经弯曲后的单层二硫化钨/PET结构没有任何破坏，表明其良好的柔性。并且，重复采用一次鼓泡转移和卷对卷转移将金片上生长的单层二硫化钨的连续薄膜转移至单层二硫化钨/PET上，可以实现双层二硫化钨连续薄膜的同质叠层结构。并且，采用一次鼓泡转移和卷对卷转移将金片上生长的单层二硫化钨的连续薄膜转移至预覆有单层石墨烯的PET上，可以实现单层二硫化钨/石墨烯/PET的异质叠层结构。
实施例4
如图1所示，本发明采用水平式反应炉4生长单层二硫化钨，石英管9作为反应器，石英管9内径为22mm，石英管9两端分别设有气体入口1和气体出口8；盛有三氧化钨粉末5的石英舟置于水平式反应炉4高温区，金基体6置于三氧化钨粉末5上方1～10mm处，不接触三氧化钨粉末5，热电偶7位于水平式反应炉高温区，以实时监控反应温度；盛有硫单质3(如：硫粉、硫片或硫块)的石英舟置于水平式反应炉4炉外的石英管9内的上游，用置于石英管9外的加热器2，加热器2单独对硫单质3控温加热，以产生硫蒸汽。首先，将多晶金片(厚度50μm，长×宽＝30mm×20mm)放到丙酮、水、乙醇中分别进行超声清洗30min。清洗完成后，把金片放到高温炉中，在1040℃下退火10h，使单个晶粒达到毫米级。然后，将退火后的金片放置于水平式反应炉(炉管直径22毫米，反应区长度40毫米)中央区域(反应区，在此位置有热电偶实时监测炉温)；在氩气的气氛中加热至800℃(加热过程中氩气流速为200毫升/分钟，升温速度40℃/分钟)，热处理10分钟；热处理完成后，启动加热器至240℃，开始生长二硫化钨，生长时间为1.5小时，生长结束后以5℃/s的速度慢速冷却至300℃以下，得到由单层二硫化钨单晶拼接而成的连续薄膜。
光学显微镜和共振激光拉曼光谱、荧光光谱观察表明，所得二硫化钨是由单层二硫化钨单晶拼接而成的，薄膜结构连续完整无破损，尺寸达30mm×20mm，具有较高质量，且所有区域均为单层，其中单个二硫化钨晶畴尺寸为10～30微米。
采用鼓泡和卷对卷转移、标准光刻工艺将金片上生长的单层二硫化钨的连续薄膜制作成基于单层二硫化钨的柔性场效应晶体管的大面积阵列。首先，如图8(a)的左栏所示，使用标准光刻工艺、原子层沉积等工艺在PEN基体制作埋栅电极、源漏电极和Al2O3介电层；然后，如图8(a)的中栏所示，采用图5示意图中鼓泡和卷对卷转移相结合的方式将金片上生长的单层二硫化钨的连续薄膜转移至上述预处理的PEN基体上；最后，如图8(a)的右栏所示，用标准光刻工艺和氧等离子处理，蚀刻掉单层二硫化钨的连续薄膜上除沟道层以外的其他区域。经100次弯曲循环后电学性能没有衰减，表明基于该生长方法获得的单层二硫化钨所制成的柔性场效应晶体管的良好柔性。
如图1所示，图中气体入口1的氩气等载气。硫单质3置于石英舟中，通过加热器2加热变成硫蒸汽，硫蒸汽随载气带入水平式反应炉4内。
如图2所示，从金片上单层二硫化钨单晶的光学显微照片可以看出，采用该方法所得单层二硫化钨为规则的三角形，尺寸可达毫米级。
如图3所示，从金片上单层二硫化钨单晶和转移至SiO2/Si基体上的单层二硫化钨单晶的光学照片可以看出，通过改变生长参数，可以调节单层二硫化钨单晶的尺寸的大小，鼓泡转移没有对单层二硫化钨单晶的结构造成任何破损。
如图4所示，从金片上单层二硫化钨的光学显微照片可以看出，通过调节形核密度和延长生长时间，可使单层二硫化钨的单晶融合并最终拼接成连续且均匀的薄膜，并且没有任何双层或多层二硫化钨区域。
如图5所示，首先将热释放胶带与金基体上生长的单层二硫化钨直接压合，形成金基体/二硫化钨/热释放胶带复合材料；金基体/二硫化钨/热释放胶带复合材料连接电极后，利用电解过程产生的氢气泡将二硫化钨与金基体无损分离，从而将二硫化钨转移至热释放胶带上，金基体可回收重复使用；最后将二硫化钨/热释放胶带与柔性目标基体加热压合，二硫化钨与热释放胶带在加热时分离，一方面获得与二硫化钨脱离的热释放胶带，同时将二硫化钨无损地转移至柔性目标基体表面，形成二硫化钨/柔性目标基体。
如图6所示，从金片上生长后采用鼓泡和卷对卷转移相结合的方式转移至PET基体上的单层二硫化钨的大面积连续薄膜及叠层结构的数码照片可以看出，薄膜结构连续完整无破损，具有良好的柔性。
如图7所示，从二硫化钨的拉曼光谱可以看出，采用该方法制备的大面积二硫化钨为单层；从二硫化钨的荧光光谱可以看出，荧光峰为尖锐的单峰，再次表明采用该方法制备的大面积二硫化钨为单层，并具有较高质量。
如图8所示，采用该方法生长的单层二硫化钨的载流子迁移率可达2cm2/V.s，开光比可达5×107，进一步证明了单晶二硫化钨的高质量。
如图9所示，该方法生长的单层二硫化钨的制作的柔性场效应晶体管的载流子迁移率可达0.99cm2/V·s，开关比可达～6×105，弯曲半径15mm下经100次弯曲循环后电学性能没有衰减，证明该生长方法与大面积柔性电子器件的制作工艺的良好兼容性，进一步证明的该生长方法在柔性电子学上的良好应用前景。

Claims (10)

1.一种大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，其特征在于，该方法采用化学气相沉积技术，以对钨溶解度极低的金为生长基体，在常压下利用钨源和硫源高温下在金基体表面催化反应，自限制生长高质量完全单层的二硫化钨的大尺寸单晶和大面积连续薄膜；利用常压条件下所得二硫化钨和金基体结合较弱的特点，分别采用鼓泡转移方法和鼓泡与卷对卷转移相结合的方法，在不破坏金基体的情况下，将大面积完全单层的二硫化钨转移至刚性目标基体和柔性目标基体上。
2.按照权利要求1所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，其特征在于，生长产物二硫化钨单晶或薄膜的厚度在所有区域均为严格的单层，双层或多层二硫化钨单晶或薄膜的区域少于二硫化钨单晶或薄膜总面积的0.2％甚至为零。
3.按照权利要求1所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，其特征在于，所用金基体为表面平整的金的薄片或薄膜，纯度大于99wt％，厚度不小于100nm。
4.按照权利要求1所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，其特征在于，所用金基体在生长之前，在丙酮、乳酸乙酯、水和乙醇之一种或两种以上中分别超声清洗，时间不少于10分钟。
5.按照权利要求1所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，其特征在于，所用金基体在生长之前需进行退火处理，处理温度为800℃～1064.18℃(金的熔点)；退火处理的气氛为惰性气体，或者气氛为氮气、氧气或空气，或者气氛为以上中两种以上的混合气体；其中，每种气体摩尔百分含量不小于1％，流速不小于5sccm，退火时间不少于5分钟。
6.按照权利要求1所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，其特征在于，所用钨源为含钨化合物：三氧化钨、二氧化钨、六氯化钨中的之一种或两种以上；硫源为硫蒸汽，或者硫源为含硫化合物：硫化氢、二氧化硫中的之一种或两种以上；载体为惰性气体或者氮气，或者气氛为以上中两种以上的混合气体；钨源、硫源和载气的纯度均大于99％，钨源与硫源的摩尔比为0.01～1，硫源与载气的摩尔比为1×10-7～1×10-3。
7.按照权利要求1所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，其特征在于，反应压力为常压，生长温度为500℃～1064.18℃，生长时间不小于1min；生长结束后，金基体需在惰性气体或者氮气的载体保护下，慢速冷却至200℃以下，慢速冷却的速率小于200℃/s。
8.按照权利要求1所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，其特征在于，该方法制备的单层的二硫化钨单晶尺寸达毫米级，通过延长生长时间，单层二硫化钨单晶的晶粒会拼接成连续的完全单层的二硫化钨薄膜，所得二硫化钨和金基体结合较弱。
9.按照权利要求1所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，其特征在于，分别采用“申请号：201110154465.9”鼓泡转移方法和“申请号：201410376865.8”鼓泡与卷对卷转移相结合的方法，在不破坏金基体的情况下将大面积完全单层的二硫化钨转移至刚性目标基体和柔性目标基体上，刚性目标基体为SiO2/Si或玻璃，柔性目标基体为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯或沉积有电极的聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯，并且通过层层转移的方法实现大面积多层二硫化钨和二硫化钨/石墨烯二维材料叠层异质结构的制备。
10.按照权利要求1所述的大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法，其特征在于，转移后的金基底再次用于生长二硫化钨，而且在生长参数不变的前提下，再次生长所得的二硫化钨与使用同一金基底的上次生长的相比，不发生结构和质量上的衰减。
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