CN107557754B - 一种二硫化钨薄膜的制备方法 - Google Patents
一种二硫化钨薄膜的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107557754B CN107557754B CN201710600374.0A CN201710600374A CN107557754B CN 107557754 B CN107557754 B CN 107557754B CN 201710600374 A CN201710600374 A CN 201710600374A CN 107557754 B CN107557754 B CN 107557754B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- quartz
- preparation
- tungsten disulfide
- tungsten
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N tungsten disulfide Chemical compound S=[W]=S ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 21
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 claims abstract 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 64
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 60
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 23
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 10
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 3
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000003708 ampul Substances 0.000 claims 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims 1
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 claims 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 abstract description 7
- 239000002356 single layer Substances 0.000 abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002667 nucleating agent Substances 0.000 abstract description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 abstract 1
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 2
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明涉及一种二硫化钨薄膜的制备方法。目前二硫化钨薄膜常用的制备工艺是低压、高温和惰性或还原性气氛中硫源与钨源发生反应获得WS2。为了获得WS2制备的高重复性，有些研究报道在制备工艺中使用成核剂。虽然有较多的研究报道了WS2的CVD合成，但WS2单分子层的可控生长仍旧困难。本方法采用在化学气相沉积法中引入矿化剂，促进了硫化钼薄膜的生长。以WS2为源，水蒸气作为矿化剂，低压高温下在基底上获得二硫化钨薄膜。该方法制备二硫化钨具有薄膜厚度可控、晶形完整和制备重复性高的优点。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种二硫化钨薄膜的制备方法。
背景技术
二硫化钨(WS2)块体材料是间接半导体材料，其带隙约为1.3eV。随着层数的减少，WS2其能带由间接带隙转变为直接带隙，带隙约为2.0eV。单分子层WS2是由一层为钨原子和两层硫原子组成，每个原子层都为六方晶系钨原子和硫原子之间由共价键相连，边缘处有大量悬空键存在，层与层之间通过范德瓦尔斯力结合在一起，层间距为0.7nm。WS2的能带结构和态密度决定了它的电学和光学性质，在光电子器件，光催化等领域具有广阔的应用前景。
二维WS2制备方法有机械剥离法、液相剥离法、水热法及化学气相沉积法(CVD)等。CVD法常用来制备大面积大尺寸WS2单分子层薄膜，常用的制备工艺是低压、高温和惰性或还原性气氛中硫源与钨源发生反应获得WS2。为了获得WS2制备的高重复性，有些研究报道在制备工艺中使用成核剂。虽然有较多的研究报道了WS2的CVD合成，但WS2单分子层的可控生长仍旧困难。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种二硫化钨薄膜的制备方法。
本发明方法以WS2固态粉末为硫源和钨源，表面生长有氧化层的硅片(SiO2/Si)为基底，水蒸汽为矿化剂，采用CVD法在基底表面生长WS2二维薄膜材料。
本发明一种二硫化钨晶体的制备方法的具体步骤是：
步骤(1).取WS2源0.1～5g放入石英舟中，之后将装有WS2源的石英舟放入电炉中的石英管(直径1英寸)内。石英舟放置在石英管的中间位置。
步骤(2).将基底(尺寸为2.5～3.5cm×1.5～2.0cm)，用去离子水清洗后氮气吹干，放入石英管中，位置在载气流向下游方向距石英舟20～25cm处；
步骤(3).向石英舟内加入1～5ml去离子水；
步骤(4).开启机械泵抽真空，同时向石英管中输入载气氩氢混合气(5％H2)，载气流量为300sccm，抽气2～4min后，关闭机械泵停止抽真空，并同时关闭载气气流停止输入载气；
步骤(5).将石英管升温至700～1200℃，升温速率为20～30℃/min。温度升至700～1200℃后保温，保温时间为2～180min；
步骤(6).石英管停止加热，将石英管冷却到常温，冷却速率为20～100℃/min，然后取出基底，在基底上获得WS2二维薄膜。
上述步骤(1)所述WS2为WS2固体粉末、氧化钨和硫或金属钨和硫磺。
上述步骤(2)所述基底为表面生长有氧化层的硅片(SiO2/Si)、石英玻璃、氮化镓或蓝宝石。
本发明将水蒸汽应用到CVD法中来制备WS2薄膜材料，水蒸气起到矿化剂的作用，这种方法制备的WS2薄膜制备重复性好、薄膜厚度可控、结晶度高。
具体实施方式：
实施例1：
步骤(1).取WS2固体粉末0.1g放入石英舟中，之后将装有WS2粉末的石英舟放入电炉中的石英管(直径1英寸)内。石英舟放置在石英管的中间位置。
步骤(2).将表面生长有300nm厚的氧化硅的硅片基底，基底尺寸(2.5cm×1.5cm)，用去离子水清洗后氮气吹干，放入石英管中，位置在载气流向下游方向距石英舟20cm处；
步骤(3).向石英舟内加入1ml去离子水；
步骤(4).开启机械泵抽真空，同时向石英管中输入载气氩氢混合气(5％H2)，载气流量为300sccm，抽气2min后，关闭机械泵停止抽真空，并同时关闭载气气流停止输入载气；
步骤(5).将石英管升温至700℃，升温速率为20℃/min。温度升至700℃后保温，保温时间为2min；
步骤(6).石英管停止加热，将石英管冷却到常温，冷却速率为20℃/min，然后取出基底，在基底上获得WS2二维薄膜，尺寸为55nm，纯度为99.8％。
实施例2：
步骤(1).取氧化钨粉末3g和硫粉末0.5g放入石英舟中，之后将装有氧化钨粉末和硫粉末的石英舟放入电炉中的石英管(直径1英寸)内。石英舟放置在石英管的中间位置。
步骤(2).将石英玻璃基底(尺寸为3.5cm×2.0cm)，用去离子水清洗后氮气吹干，放入石英管中，位置在载气流向下游方向距石英舟25cm处；
步骤(3).向石英舟内加入5ml去离子水；
步骤(4).开启机械泵抽真空，同时向石英管中输入载气氩氢混合气(5％H2)，载气流量为300sccm，抽气4min后，关闭机械泵停止抽真空，并同时关闭载气气流停止输入载气；
步骤(5).将石英管升温至1200℃，升温速率为30℃/min。温度升至1200℃后保温，保温时间为180min；
步骤(6).石英管停止加热，将石英管冷却到常温，冷却速率为100℃/min，然后取出基底，在基底上获得WS2二维薄膜，尺寸为1mm，纯度为99.4％。
实施例3：
步骤(1).取金属钨粉末3g和硫磺粉末2g放入石英舟中，之后将装有金属钨粉末和硫磺粉末的石英舟放入电炉中的石英管(直径1英寸)内。石英舟放置在石英管的中间位置。
步骤(2).将蓝宝石基底(尺寸3cm×1.8cm)，用去离子水清洗后氮气吹干，放入石英管中，位置在载气流向下游方向距石英舟23cm处；
步骤(3).向石英舟内加入3ml去离子水；
步骤(4).开启机械泵抽真空，同时向石英管中输入载气氩氢混合气(5％H2)，载气流量为300sccm，抽气3min后，关闭机械泵停止抽真空，并同时关闭载气气流停止输入载气；
步骤(5).将石英管升温至1000℃，升温速率为25℃/min。温度升至1000℃后保温，保温时间为60min；
步骤(6).石英管停止加热，将石英管冷却到常温，冷却速率为40℃/min，然后取出基底，在基底上获得WS2二维薄膜，尺寸为60μm，纯度为99.7％。
Claims (5)
1.一种二硫化钨薄膜的制备方法，其特征在于，该方法具体步骤是：
步骤(1).取WS2源0.1～5g放入石英舟中，之后将装有WS2源的石英舟放入电炉中的石英管内，石英舟放置在石英管的中间位置；
步骤(2).将基底用去离子水清洗后氮气吹干，放入石英管中，位置在载气流向下游方向距石英舟20～25cm处；
步骤(3).向石英舟内加入1～5ml去离子水；
步骤(4).开启机械泵抽真空，同时向石英管中输入载气氩氢混合气，混合气体中H2的体积含量为5％，载气流量为300sccm，抽气2～4min后，关闭机械泵停止抽真空，并同时关闭载气气流停止输入载气；
步骤(5).将石英管升温至700～1200℃，升温速率为20～30℃/min；温度升至700～1200℃后保温，保温时间为2～180min；
步骤(6).石英管停止加热，将石英管冷却到常温，冷却速率为20～100℃/min，然后取出基底，在基底上获得WS2二维薄膜。
2.如权利要求1所述的一种二硫化钨薄膜的制备方法，其特征在于：所述的基底为表面生长有氧化层的硅片、石英玻璃、氮化镓或蓝宝石。
3.如权利要求1所述的一种二硫化钨薄膜的制备方法，其特征在于：所述的WS2源为以下三种中的一种，WS2固体粉末，氧化钨粉末和硫粉末，金属钨粉末和硫磺粉末。
4.如权利要求1所述的一种二硫化钨薄膜的制备方法，其特征在于：石英管直径为1英寸。
5.如权利要求1所述的一种二硫化钨薄膜的制备方法，其特征在于：基底尺寸为2.5～3.5cm×1.5～2.0cm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710600374.0A CN107557754B (zh) | 2017-07-21 | 2017-07-21 | 一种二硫化钨薄膜的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710600374.0A CN107557754B (zh) | 2017-07-21 | 2017-07-21 | 一种二硫化钨薄膜的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107557754A CN107557754A (zh) | 2018-01-09 |
| CN107557754B true CN107557754B (zh) | 2019-09-20 |
Family
ID=60974563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710600374.0A Active CN107557754B (zh) | 2017-07-21 | 2017-07-21 | 一种二硫化钨薄膜的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107557754B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109321242B (zh) * | 2018-09-26 | 2021-09-07 | 杭州电子科技大学 | 一种荧光材料的制备方法 |
| CN109898070A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-06-18 | 杭州电子科技大学 | 一种二硫化钨分子层薄膜的制备方法 |
| CN109811307B (zh) * | 2019-01-03 | 2020-10-09 | 杭州电子科技大学 | 一种二维材料纳米带或微米带的制备方法 |
| CN110373718B (zh) * | 2019-05-30 | 2020-08-25 | 杭州电子科技大学 | 一种二维二硫化钨薄膜的制备方法 |
| CN111041449B (zh) * | 2019-12-28 | 2021-10-08 | 杭州电子科技大学 | 一种特定形貌二硫化钨的制备方法 |
| CN112871397B (zh) * | 2020-12-28 | 2021-10-22 | 浙江爱润特汽车科技有限公司 | 一种纳米级二硫化钨材料及其制备方法、装置 |
| CN112786751A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-05-11 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种n极性氮化物模板、n极性氮化物器件及其制备方法 |
| CN113122819B (zh) * | 2021-04-09 | 2023-02-03 | 安徽大学 | 一种钽掺杂大面积二维二硫化铌材料的制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015016412A1 (ko) * | 2013-07-31 | 2015-02-05 | 건국대학교 산학협력단 | MoS2 박막 및 이의 제조방법 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103924213A (zh) * | 2014-04-29 | 2014-07-16 | 清华大学 | 用于场发射器件的二硫化钼薄膜的制备方法 |
| CN104561937B (zh) * | 2015-01-05 | 2017-08-15 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 原子层沉积制备具有固体润滑作用的ws2薄膜方法 |
| CN106567055A (zh) * | 2015-10-08 | 2017-04-19 | 中国科学院金属研究所 | 一种大面积高质量完全单层的二硫化钨的制备方法 |
| CN105887015A (zh) * | 2016-04-15 | 2016-08-24 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 制备大面积单层二硫化钨和二硫化钼结构的分步气相方法 |
| CN106007796B (zh) * | 2016-05-23 | 2018-03-20 | 浙江师范大学 | 一种二硫化钨单层薄膜的制备方法 |
| CN106811731A (zh) * | 2016-11-17 | 2017-06-09 | 北京交通大学 | 一种二硫化钨的可控制备方法 |
-
2017
- 2017-07-21 CN CN201710600374.0A patent/CN107557754B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015016412A1 (ko) * | 2013-07-31 | 2015-02-05 | 건국대학교 산학협력단 | MoS2 박막 및 이의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107557754A (zh) | 2018-01-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107557754B (zh) | 一种二硫化钨薄膜的制备方法 | |
| CN108588673B (zh) | 一种二硫化钼薄膜的制备方法 | |
| CN104894530B (zh) | 一种二维过渡金属硫族化物薄膜及其制备方法和应用 | |
| Yin et al. | Aligned growth of hexagonal boron nitride monolayer on germanium | |
| CN103194729B (zh) | 金属硫属化物薄膜的制备方法 | |
| CN101798706B (zh) | 在碳化硅(SiC)基底上外延生长石墨烯的方法 | |
| CN107299333B (zh) | 一种单层二硫化钼薄膜的制备方法 | |
| CN104538288B (zh) | 一种直接生长原子尺度二维半导体异质结的装置及方法 | |
| CN104087909B (zh) | 一种立方碳化硅薄膜的制备方法 | |
| CN110373718B (zh) | 一种二维二硫化钨薄膜的制备方法 | |
| CN112853290B (zh) | 一种大面积二硫化钼薄膜的制备方法 | |
| CN108441963A (zh) | 一种碲化铂二维材料、制备及其电学器件中的应用 | |
| CN112663139B (zh) | 一种特殊形貌二维硫化钼晶体材料的制备方法 | |
| Yan et al. | Epitaxial growth and interfacial property of monolayer MoS 2 on gallium nitride | |
| CN106007796A (zh) | 一种二硫化钨单层薄膜的制备方法 | |
| CN104404620B (zh) | 一种在大直径6H/4H‑SiC硅面和碳面双面同时生长石墨烯的方法 | |
| Yan et al. | Chemical vapor deposition of monolayer MoS2 on sapphire, Si and GaN substrates | |
| CN107706274A (zh) | 一种基于六方氮化硼‑石墨烯复合层作为缓冲层的氮化镓外延结构的制备方法 | |
| CN108486656A (zh) | 一种碲化铌二维材料及其合成和应用 | |
| CN117012622B (zh) | p型碲硒合金半导体的制备方法 | |
| CN107188220B (zh) | 一种二维纳米Ga2In4S9晶体材料的制备方法及产品 | |
| CN105441902A (zh) | 一种外延碳化硅-石墨烯复合薄膜的制备方法 | |
| CN108538707A (zh) | 一种二维黑磷晶体制备方法 | |
| CN102915913A (zh) | 基于蓝宝石衬底的石墨烯cvd直接外延生长方法及制造的器件 | |
| Wei et al. | Monolayer MoS 2 epitaxy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200821 Address after: Room 504, building 9, No. 20, kekeyuan Road, Baiyang street, Qiantang New District, Hangzhou City, Zhejiang Province Patentee after: Zhejiang Qibo Intellectual Property Operation Co.,Ltd. Address before: Hangzhou City, Zhejiang province 310018 Xiasha Higher Education Park No. 2 street Patentee before: HANGZHOU DIANZI University |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210107 Address after: 221600 Peixian Highway 21, Peixian Economic Development Zone, Xuzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Jiangsu Jinrongtai New Material Technology Co.,Ltd. Address before: 310018 room 504, building 9, 20 kejiyuan Road, Baiyang street, Qiantang New District, Hangzhou City, Zhejiang Province Patentee before: Zhejiang Qibo Intellectual Property Operation Co.,Ltd. |