CN110241400B - 无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法 - Google Patents

无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110241400B
CN110241400B CN201910523538.3A CN201910523538A CN110241400B CN 110241400 B CN110241400 B CN 110241400B CN 201910523538 A CN201910523538 A CN 201910523538A CN 110241400 B CN110241400 B CN 110241400B
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
transition metal
metal chalcogenide
film
heterojunction
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
Application number
CN201910523538.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110241400A (zh
Inventor
潘毅
张�林
闵泰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201910523538.3A priority Critical patent/CN110241400B/zh
Publication of CN110241400A publication Critical patent/CN110241400A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110241400B publication Critical patent/CN110241400B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/305—Sulfides, selenides, or tellurides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56—After-treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法，该方法首先将熔盐与过渡金属氧化物粉末混合作为蒸发源，通过熔盐辅助化学气相沉积法生长制备过渡金属硫族化合物。然后通过使用去离子水，使去离子水与过渡金属硫族化合物接触，过渡金属硫族化合物会随水漂浮，通过水的流动，将过渡金属硫族化合物转移至任意目标衬底，通过多次转移过渡金属硫族化合物制备纵向异质结以及多层堆叠的纵向异质结。本发明不使用任何有机胶作为中间辅助层，可解决残胶的问题，也不使用任何腐蚀性溶液，可防止腐蚀性溶液对过渡金属硫族化合物的破坏和掺杂，为过渡金属硫族化合物转移及其纵向异质结的制备提供新的方法，对于促进过渡金属硫族化合物及其纵向异质结的研究与应用具有重要的意义。

Description

无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法
技术领域
本发明涉及直接带隙半导体材料的指标，特别是一种无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法。
背景技术
由于单层的过渡金属硫族化合物是一种直接带隙半导体材料，在能源器件、化学催化以及光电器件方面具有重要的应用前景。将两种或多种单层的过渡金属硫族化合物组合形成纵向结构的异质结，纵向异质结之间相互作用的变化将为过渡金属硫族化合物新型物理性能的探索提供新的自由度，为设计新型的电子器件提供新的思路。化学气相沉积法(Chemical vapor deposition，CVD)是制备单层过渡金属硫族化合物最普遍的方法，其操作简便，成本低，可大规模制备单层过渡金属硫族化合物，是一种最有希望实现工业级制备过渡金属硫族化合物的方法。通常，化学气相沉积法也可以用来制备过渡金属硫族化合物的纵向异质结，但是该方法用来制备纵向异质结时，制备结果对实验参数非常敏感，难以控制，需要耗费大量精力去寻找最佳实验条件，并且化学气相沉积法生长制备的纵向异质结总是具有固定的相对取向，无法调整纵向异质结两种材料之间的相对角度。除了化学气相沉积法，我们还可以使用转移的方法，转移法制备过渡金属硫族化合物纵向异质结，不仅简单高效，还可以调整纵向异质结材料相对角度，目前，已经有很多方法被开发出来用于转移过渡金属硫族化合物并且制备纵向异质结，比如聚甲基丙烯酸甲酯(PolymethylMethacrylate，PMMA)辅助转移法，超声剥离转移法、水分子浸润剥离辅助转移法等，但是这些方法存在很多不足，比如，通常人们都会使用强酸或强碱将过渡金属硫族化合物与衬底分离，这会对过渡金属硫族化合物造成严重的掺杂与破坏，另外，人们通常会使用一种有机物作为中间辅助层辅助转移过渡金属硫族化合物，比如PMMA等，但是这种有机物难以去除干净，容易造成材料表面的残胶问题。因此，我们开发了一种无有机胶、无腐蚀性溶液参与的无胶转移技术，该技术简单高效、廉价无污染、无有机胶残留并且成本低，普遍适用于过渡金属硫族化合物，为过渡金属硫族化合物转移及其纵向异质结的制备提供新的技术，对于促进过渡金属硫族化合物及其纵向异质结的研究与应用具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种无有机胶、无腐蚀性溶液、快速高效、普遍适用、廉价无污染的转移技术，该转移技术可以用来制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结，所述单层过渡金属硫族化合物是指厚度为0.8nm的过渡金属硫族化合物薄膜。
本发明采用的方案如下：
一种无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法，包括如下步骤：
S1，采用化学气相沉积法在衬底上生长过渡金属硫族化合物
按照质量比为(50-300)：(0.5-15)将硫粉放置在第一石英舟中，将过渡金属硫族化合物及熔盐粉末混合物放置在第二石英舟中，过渡金属硫族化合物与熔盐粉末的质量比为(0.3-10)：(0.2-5)；将两石英舟置于外衬有管式炉保温材料的石英管中，放置于管式炉中，管式炉高温加热至650-900℃，在载气体的运送下，在生长薄膜衬底上沉积形成二维过渡金属硫族化合物薄膜；
S2，采用无胶转移技术将生长的过渡金属硫族化合物采用倾斜转移方式或倒置转移方式转移至其它目标衬底；
A、采用倾斜转移方式将生长的过渡金属硫族化合物转移至其它目标衬底：
(a)将生长有二维过渡金属硫族化合物薄膜的生长薄膜衬底与目标衬底对齐放在一起；
(b)在二维过渡金属硫族化合物薄膜上滴加去离子水，二维过渡金属硫族化合物薄膜与生长薄膜衬底表面分离并漂浮在去离子水表面，
(c)将生长薄膜衬底倾斜一定角度，二维过渡金属硫族化合物薄膜随去离子水漂移至目标衬底上，将目标衬底放置在加热台上加热烘干，得到转移上二维过渡金属硫族化合物薄膜的衬底；
(d)将已经转移上二维过渡金属硫族化合物薄膜的目标衬底再次与生长薄膜衬底对齐放在一起；重复步骤多次循环操作，得到多层堆垛的纵向异质结；
B、采用倒置转移方式将生长的过渡金属硫族化合物转移至其它目标衬底：
(a)取目标衬底在其表面滴加去离子水；
(b)将生长有二维过渡金属硫族化合物薄膜的生长薄膜衬底倒置，并使生长薄膜衬底与去离子水接触；
(c)将生长薄膜衬底移开，使二维过渡金属硫族化合物薄膜与生长薄膜衬底分离并留在目标衬底上，最后将目标衬底放置在加热台上加热烘干，得到转移上二维过渡金属硫族化合物薄膜的衬底；
(d)取已经转移上二维过渡金属硫族化合物薄膜的目标衬底，并在其表面滴加去离子水；重复步骤多次循环操作，得到多层堆垛的纵向异质结。
优选的，所述熔盐为NaCl、NaBr、NaI、KCl、KBr或KI。
优选的，所述载气体为Ar或Ar与H2混合气体，Ar的流量大小为40-200sccm，混合气体中Ar的流量大小为40-200sccm，混合气体中H2的流量大小为3-6sccm。
优选的，所述过渡金属硫族化合物包括：MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2、WSe2、WTe2、ReS2、ReSe2、TiS2、TiSe2、TiTe2、ZrS2、ZrSe2、ZrTe2、HfS2、HfSe2、HfTe2、VS2、VSe2、VTe2、NbS2、NbSe2、NbTe2、TaS2、TaSe2、TaTe2、PtS2、PtSe2、PtTe2、PdS2、PdSe或FeSe。
优选的，所述生长薄膜衬底为SiO2/Si衬底、玻璃衬底或Al2O3衬底。
优选的，所述目标衬底为SiO2/Si衬底、Al2O3衬底、云母衬底、高定向热解石墨(HOPG)衬底、已经生长过渡金属硫族化合物的衬底、已经转移上过渡金属硫族化合物的衬底、已经转移上过渡金属硫族化合物纵向异质结的衬底、带有纳米级孔洞的衬底、带有微米级孔洞的衬底、带有纳米级任意形状凸起的衬底或带有微米级任意形状凸起的衬底。
优选的，所述S2A和B中的步骤(c)，目标衬底放置在加热台上，通过加热台加热将衬底烘干，温度为80℃-120℃。
优选的，所述二维过渡金属硫族化合物薄膜的厚度0.8nm-5.0nm。
本发明的技术效果如下：
本发明提出了新的无胶转移技术，仅仅使用去离子水将过渡金属硫族化合物转移至其它任意目标衬底，并且使用该技术制备过渡金属硫族化合物纵向异质结，该技术不使用有机胶作为中间辅助层，可解决残胶的问题，该技术也不使用腐蚀性溶液，可防止腐蚀性溶液对过渡金属硫族化合物的破坏和掺杂，并且使用该技术转移过渡金属硫族化合物可在数秒内完成，操作简单、高效、廉价无污染、并且普遍适用于过渡金属硫族化合物，为过渡金属硫族化合物转移及其纵向异质结的制备提供新的技术，对于促进过渡金属硫族化合物及其纵向异质结的研究与应用具有重要的意义。
附图说明
图1是本发明实施例化学气相沉积管式炉结构示意图；
图2是本发明第一种实施例无胶转移技术的转移过程示意图；
图3是本发明第一种实施例使用无胶转移技术转移制备纵向异质结的过程示意图；
图4是本发明第二种实施例无胶转移技术的转移过程示意图；
图5是本发明第二种实施例使用无胶转移技术转移制备纵向异质结的过程示意图；
图6(a)、图6(b)、图6(c)分别是本发明实施例中带有纳米柱和纳米孔洞的衬底示意图；
图7是本发明第一种实施例使用无胶转移技术制备的MoSe2-MoS2纵向异质结光学显微镜图；
图8是本发明第二种实施例使用无胶转移技术在HOPG衬底上制备的MoSe2-MoS2纵向异质结光学显微镜图；
图9是本发明第一种实施例使用无胶转移技术制备的MoSe2-MoS2纵向异质结拉曼光谱图；
图10是本发明第二种实施例使用无胶转移技术在HOPG衬底上制备的MoSe2-MoS2纵向异质结拉曼光谱图；
图11是本发明第一种实施例使用无胶转移技术制备的MoSe2-MoS2纵向异质结光致发光谱图；
图12是本发明第二种实施例使用无胶转移技术在HOPG衬底上制备的MoSe2-MoS2纵向异质结光致发光谱图。
图中：11为石英管，12为管式炉保温材料，13为第二石英舟，14为生长薄膜衬底，15为第一石英舟，21为目标衬底，22为生长的二维过渡金属硫族化合物薄膜，23为去离子水，32为生长的另一种过渡金属硫族化合物薄膜，A为管式炉加热Ⅰ区，B为管式炉加热Ⅱ区。
具体实施方式
为了清楚的表达本发明技术方案，这里选择一种实施例，实施例不对本发明进行任何限制，下面就本实施例结合说明书附图对本发明技术方案做详细说明。
本发明无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法，用于将化学气相沉积法生长制备的过渡金属硫族化合物转移至其它任意衬底，也用于制备过渡金属硫族化合物纵向异质结，主要包括两个阶段：第一个阶段是使用熔盐辅助化学气相沉积法制备过渡金属硫族化合物，第二个阶段是转移过渡金属硫族化合物至其它衬底以及制备过渡金属硫族化合物纵向异质结。
第一种实施方式采用倾斜转移方式，利用无胶转移技术将生长的过渡金属硫族化合物转移至其它目标衬底。
第一阶段，通过化学气相沉积法在衬底上生长过渡金属硫族化合物。
图1是本发明实施例化学气相沉积管式炉结构示意图。
实施例1，以化学气相沉积法制备MoS2为例。
将100mg硫粉放置在第一石英舟15中，将0.5mg过渡金属氧化物粉末及熔盐粉末混合物放置在第二石英舟13中，本实施例选择的过渡金属氧化物为MoO3，使用量约0.3mg，选择的熔盐为NaCl，使用量约0.2mg。14为生长薄膜衬底，即化学气相沉积法生长制备过渡金属硫族化合物时所用的衬底，本实施例采用SiO2/Si作为衬底。将两石英舟置于外衬有管式炉保温材料12的石英管11中，放置于管式炉中，通过管式炉高温加热至650℃，使石英舟中的粉末受热蒸发为气相，在载气体Ar的运送下，使蒸发的气相混合并发生化学反应，生成MoS2并在SiO2/Si衬底上沉积形成二维MoS2薄膜，Ar的流量大小为80sccm。
由于使用了NaCl与MoO3粉末的混合物作为蒸发源，在SiO2/Si衬底上会沉积含有盐类的物质，包括NaCl、NaSx等，该盐类物质是溶于水的，因此在使去离子水与MoS2薄膜接触后，MoS2薄膜会与SiO2/Si衬底分离。
实施例2，以化学气相沉积法制备MoSe2为例。
将50mg硒粉，放置在第一石英舟15中，将1.5mg过渡金属氧化物粉末及熔盐粉末混合物放置在第二石英舟13中，本实施例选择的过渡金属氧化物为MoO3，使用量约1.0mg，选择的熔盐为NaCl，使用量约0.5mg。14为生长薄膜衬底，即化学气相沉积法生长制备过渡金属硫族化合物时所用的衬底，本实施例采用玻璃作为衬底。将两石英舟置于外衬有管式炉保温材料12的石英管11中，放置于管式炉中，通过管式炉高温加热至900℃，使石英舟中的粉末受热蒸发为气相，在载气体Ar/H2的运送下，使蒸发的气相混合并发生化学反应，生成MoSe2并在玻璃衬底上沉积形成二维MoSe2薄膜，Ar和H2的流量大小分别为40sccm和5sccm。
由于使用了NaCl与MoO3粉末的混合物作为蒸发源，在玻璃衬底上会沉积含有盐类的物质，包括NaCl、NaMoOx等，该盐类物质是溶于水的，因此在使去离子水与MoSe2薄膜接触后，MoSe2薄膜会与玻璃衬底分离。
实施例3，以化学气相沉积法制备WS2为例。
将300mg硫粉，放置在第一石英舟15中，将15mg过渡金属氧化物粉末及熔盐粉末混合物放置在第二石英舟13中，本实施例选择的过渡金属氧化物为WO3，使用量约10mg，选择的熔盐为NaI，使用量约5mg。14为生长薄膜衬底，即化学气相沉积法生长制备过渡金属硫族化合物时所用的衬底，本实施例采用SiO2/Si作为衬底。将两石英舟置于外衬有管式炉保温材料12的石英管11中，放置于管式炉中，通过管式炉高温加热至850℃，使石英舟中的粉末受热蒸发为气相，在载气体Ar/H2的运送下，使蒸发的气相混合并发生化学反应，生成WS2并在SiO2/Si衬底上沉积形成二维WS2薄膜，Ar和H2的流量大小分别为80sccm和3sccm。
由于使用了NaI与WO3粉末的混合物作为蒸发源，在SiO2/Si衬底上会沉积含有盐类的物质，包括NaI、NaSx等，该盐类物质是溶于水的，因此在使去离子水与WS2薄膜接触后，WS2薄膜会与SiO2/Si衬底分离。
实施例4，化学气相沉积法制备WSe2。
将150mg硒粉，放置在第一石英舟15中，将12mg过渡金属氧化物粉末及熔盐粉末混合物放置在第二石英舟13中，本实施例选择的过渡金属氧化物为WO3，使用量约7mg，选择的熔盐为KCl，使用量约5mg。14为生长薄膜衬底，即化学气相沉积法生长制备过渡金属硫族化合物时所用的衬底，本实施例采用Al2O3作为衬底。将两石英舟置于外衬有管式炉保温材料12的石英管11中，放置于管式炉中，通过管式炉高温加热至800℃，使石英舟中的粉末受热蒸发为气相，在载气体Ar/H2的运送下，使蒸发的气相混合并发生化学反应，生成WSe2并在Al2O3衬底上沉积形成二维WSe2薄膜，Ar和H2的流量大小分别为200sccm和6sccm
由于使用了KCl与WO3粉末的混合物作为蒸发源，在Al2O3衬底上会沉积含有盐类的物质，包括KCl、KClOx等，该盐类物质是溶于水的，因此在使去离子水与WSe2薄膜接触后，WSe2薄膜会与Al2O3衬底分离。
第二阶段，利用无胶转移技术将生长的过渡金属硫族化合物转移至其它目标衬底。
本实施例中选择的过渡金属硫族化合物薄膜为MoS2和MoSe2，以SiO2/Si衬底为目标衬底，该实施例不构成对本发明做任何限制的依据。
本发明首先给出了第一种实施方式采用倾斜转移方式，利用无胶转移技术将生长的过渡金属硫族化合物转移至其它目标衬底。
图2是本发明实施例无胶转移过程示意图，图中生长薄膜衬底14，在本实施例中是SiO2/Si衬底，为化学气相沉积法生长制备MoS2、MoSe2时所用的衬底，22是生长的二维过渡金属硫族化合物薄膜，化学气相沉积法生长制备MoS2、MoSe2薄膜厚度为0.8-5.0nm，本实施例中选择厚度为0.8nm的MoS2薄膜和MoSe2薄膜进行无胶转移，21为目标衬底，通过无胶转移技术将生长在SiO2/Si衬底上的MoS2薄膜和MoSe2薄膜分别转移至该目标衬底21上。
第二阶段方法步骤如下：
步骤(a)中，将生长有MoS2薄膜22的SiO2/Si衬底14与目标衬底21对齐放在一起，MoS2薄膜22的厚度约0.8nm。步骤(b)，滴加去离子水23，使去离子水23与MoS2薄膜22表面接触，约2秒后，MoS2薄膜22与SiO2/Si衬底14表面分离并漂浮在去离子水表面上，如图2步骤(c)所示。步骤(d)，将SiO2/Si衬底14倾斜一定角度，使去离子水23漂移至目标衬底21，同时MoS2薄膜22随去离子水23漂移至目标衬底21上，最后将目标衬底21放置在加热台上加热至100℃以去除残留水分，得到成功转移MoS2薄膜的衬底，如图2步骤(e)，转移过程简单高效，可在10-20秒内完成。
如图3所示，将已经转移上MoS2薄膜22的目标衬底21再次与SiO2/Si衬底14对齐放在一起。重复进行图2所示的操作步骤，步骤(a)，将转移上MoS2薄膜22的目标衬底21与生长有MoSe2薄膜32的衬底14对齐放在一起，这里的MoSe2薄膜32是化学气相沉积法生长的另一种过渡金属硫族化合物薄膜，薄膜厚度约0.8nm。步骤(b)，滴加去离子水23，使去离子水23与MoSe2薄膜32表面接触，约2秒后，MoSe2薄膜32与衬底14表面分离并漂浮在去离子水面上，如图3步骤(c)所示。步骤(d)，将衬底14倾斜一定角度，使去离子水23漂移至目标衬底21上，同时MoSe2薄膜32随去离子水23漂移至目标衬底21，使MoSe2薄膜32与MoS2薄膜22重叠形成MoSe2-MoS2纵向异质结，最后将目标衬底21放置在加热台上加热至120℃去除残留水分，得到成功转移过渡金属硫族化合物并制备MoSe2-MoS2纵向异质结的衬底，如图3步骤(e)所示。
如果将已经转移形成MoSe2-MoS2纵向异质结的衬底再次重复操作以上步骤，使去离子水与第三种过渡金属硫族化合物表面接触，使第三种过渡金属硫族化合物与衬底表面分离并漂浮在水面上，然后使第三种过渡金属硫族化合物随去离子水漂移至目标衬底，使用加热台加热至120℃将衬底烘干，使三种过渡金属硫族化合物重叠，将形成三种过渡金属硫族化合物堆叠的纵向异质结。
如果多次循环操作，将得到多层堆垛的纵向异质结。
本发明另给出了第二种实施方式采用倒置转移方式，利用无胶转移技术将生长的过渡金属硫族化合物转移至其它目标衬底。
第一阶段，通过化学气相沉积法在衬底上生长过渡金属硫族化合物的方式同第一种实施方式。
所采用的熔盐可以是NaCl、NaBr、NaI、KCl、KBr或KI。载气体为Ar或Ar与H2混合气体。生长薄膜衬底为SiO2/Si衬底、玻璃衬底或Al2O3衬底。
过渡金属硫族化合物为MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2、WSe2、WTe2、ReS2、ReSe2、TiS2、TiSe2、TiTe2、ZrS2、ZrSe2、ZrTe2、HfS2、HfSe2、HfTe2、VS2、VSe2、VTe2、NbS2、NbSe2、NbTe2、TaS2、TaSe2、TaTe2、PtS2、PtSe2、PtTe2、PdS2、PdSe或FeSe中的一种。
第二阶段，我们将利用无胶转移的技术将生长的过渡金属硫族化合物转移至其它目标衬底。本实施例中选择的过渡金属硫族化合物薄膜为MoS2和MoSe2，以HOPG衬底为目标衬底，HOPG是一种高定向热解石墨衬底，该实施例不构成对本发明做任何限制的依据。
图4是本发明实施例无胶转移技术过程示意图，图中14是生长薄膜衬底，在本实施例中是生长过渡金属硫族化合物所用的SiO2/Si衬底，我们已经利用化学气相沉积法成功的在该衬底上得到了MoS2和MoSe2薄膜，化学气相沉积法生长制备MoS2、MoSe2薄膜厚度为0.8-5.0nm，本实施例中选择厚度为0.8nm的MoS2薄膜和MoSe2薄膜进行无胶转移，22是二维过渡金属硫族化合物薄膜，本实施例中为成功生长上的MoS2薄膜，21是为目标衬底，本实施例是HOPG衬底，作为转移MoS2薄膜的目标衬底。
第二阶段方法步骤如下：
步骤(a)，取HOPG衬底21和去离子水，在HOPG衬底21表面滴加去离子水23；步骤(b)，将生长有MoS2薄膜22的SiO2/Si衬底14倒置，并使SiO2/Si衬底14与去离子水23接触，接触时间约5秒，如图4中步骤(c)和步骤(d)；步骤(e)，将SiO2/Si衬底14移开，使MoS2薄膜22与SiO2/Si衬底14分离并留在HOPG衬底21上，最后使用加热台加热至80℃将衬底烘干，得到成功转移上MoS2薄膜的HOPG衬底，如图4中步骤(f)所示。
使用无胶转移法制备纵向异质结的过程如图5所示，取已经转移上MoS2薄膜22的HOPG衬底21，在HOPG衬底21表面滴加去离子水23，如图5所示步骤(a)；步骤(b)，将生长有MoSe2薄膜32的SiO2/Si衬底14倒置，并使SiO2/Si衬底14与去离子水23接触，接触时间约5秒，如图5中步骤(c)和步骤(d)；步骤(e)，将SiO2/Si衬底14移开，使MoSe2薄膜32与SiO2/Si衬底14分离并留在HOPG衬底21上，最后使用加热台加热至110℃将衬底烘干，得到成功转移上MoSe2薄膜并制备MoSe2-MoS2纵向异质结的衬底，如图5中步骤(f)所示。
如果取已经转移形成MoSe2-MoS2纵向异质结的HOPG衬底，在该HOPG衬底上滴加去离子水，将生长有第三种过渡金属硫族化合物的SiO2/Si衬底倒置，并与去离子水接触，使第三种过渡金属硫族化合物与SiO2/Si衬底分离并留在HOPG衬底上，使用加热台加热至110℃将衬底烘干，使三种过渡金属硫族化合物重叠，形成三种过渡金属硫族化合物堆叠的纵向异质结。
如果多次循环操作，将得到多层堆垛的纵向异质结。
图6(a)、图6(b)、图6(c)分别给出的是另一些实施例中带有纳米柱和纳米孔洞的衬底，目标衬底可以采用SiO2/Si衬底、Al2O3衬底、云母衬底、高定向热解石墨衬底、已经生长过渡金属硫族化合物的衬底、已经转移上过渡金属硫族化合物的衬底、已经转移上过渡金属硫族化合物纵向异质结的衬底、带有纳米级孔洞的衬底、带有微米级孔洞的衬底、带有纳米级任意形状凸起的衬底或带有微米级任意形状凸起的衬底。其中，我们可以利用上述无胶转移技术将过渡金属硫族化合物转移至带孔洞或凸起的衬底上，可以得到悬空的过渡金属硫族化合物，有助于过渡金属硫族化合物本征性质的研究。本实施例仅给出部分衬底类型，不构成对本发明的限制。
图7是本发明第一种实施例中成功制备的MoSe2-MoS2纵向异质结光学显微镜图，图8是本发明第二种实施例使用无胶转移技术在HOPG衬底上制备的MoSe2-MoS2纵向异质结光学显微镜图。图9是本发明第一种实施例中成功制备的MoSe2-MoS2纵向异质结的拉曼光谱图，图10是本发明第二种实施例使用无胶转移技术在HOPG衬底上制备的MoSe2-MoS2纵向异质结拉曼光谱图；我们在纵向异质结区域观察到MoSe2、MoS2各自的拉曼特征光谱，说明我们使用本发明提出的无胶转移技术成功制备了MoSe2-MoS2纵向异质结。图11是本发明第一种实施例中成功制备的MoSe2-MoS2纵向异质结的光致发光谱图，图12是本发明第二种实施例使用无胶转移技术在HOPG衬底上制备的MoSe2-MoS2纵向异质结光致发光谱图。我们在纵向异质结区域观察到MoSe2、MoS2各自的光致发光谱，并且异质结区域的发光明显减弱，这与纵向异质结层间电荷转移有关，进一步说明我们使用本发明提出的无胶转移技术成功制备了MoSe2-MoS2纵向异质结，表明本发明提出的无胶转移方法切实可行。

Claims (7)

1.一种无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，采用化学气相沉积法在衬底上生长过渡金属硫族化合物
按照质量比为(50-300)：(0.5-15)将硫粉放置在第一石英舟中，将过渡金属硫族化合物及熔盐粉末混合物放置在第二石英舟中，过渡金属硫族化合物与熔盐粉末的质量比为(0.3-10)：(0.2-5)；将两石英舟置于外衬有管式炉保温材料的石英管中，放置于管式炉中，高温加热至650-900℃，在载气体的运送下，在生长薄膜衬底上沉积形成二维过渡金属硫族化合物薄膜；
S2，采用无胶转移技术将生长的过渡金属硫族化合物采用倾斜转移方式或倒置转移方式转移至其它目标衬底；
A、采用倾斜转移方式将生长的过渡金属硫族化合物转移至其它目标衬底：
(a)将生长有二维过渡金属硫族化合物薄膜的生长薄膜衬底与目标衬底对齐放在一起；
(b)在二维过渡金属硫族化合物薄膜上滴加去离子水，二维过渡金属硫族化合物薄膜与生长薄膜衬底表面分离并漂浮在去离子水表面，
(c)将生长薄膜衬底倾斜一定角度，二维过渡金属硫族化合物薄膜随去离子水漂移至目标衬底上，将目标衬底放置在加热台上加热烘干，得到转移上二维过渡金属硫族化合物薄膜的衬底；
(d)将已经转移上二维过渡金属硫族化合物薄膜的目标衬底再次与生长薄膜衬底对齐放在一起；重复步骤多次循环操作，得到多层堆垛的纵向异质结；
B、采用倒置转移方式将生长的过渡金属硫族化合物转移至其它目标衬底：
(a)取目标衬底在其表面滴加去离子水；
(b)将生长有二维过渡金属硫族化合物薄膜的生长薄膜衬底倒置，并使生长薄膜衬底与去离子水接触；
(c)将生长薄膜衬底移开，使二维过渡金属硫族化合物薄膜与生长薄膜衬底分离并留在目标衬底上，最后将目标衬底放置在加热台上加热烘干，得到转移上二维过渡金属硫族化合物薄膜的衬底；
(d)取已经转移上二维过渡金属硫族化合物薄膜的目标衬底，并在其表面滴加去离子水；重复步骤多次循环操作，得到多层堆垛的纵向异质结；
所述熔盐为NaCl、NaBr、NaI、KCl、KBr或KI。
2.根据权利要求1所述的无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法，其特征在于，所述载气体为Ar或Ar与H2混合气体，Ar的流量大小为40-200sccm，混合气体中H2的流量大小为3-6sccm。
3.根据权利要求1所述的无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法，其特征在于，所述过渡金属硫族化合物包括：MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2、WSe2、WTe2、ReS2、ReSe2、TiS2、TiSe2、TiTe2、ZrS2、ZrSe2、ZrTe2、HfS2、HfSe2、HfTe2、VS2、VSe2、VTe2、NbS2、NbSe2、NbTe2、TaS2、TaSe2、TaTe2、PtS2、PtSe2、PtTe2、PdS2、PdSe或FeSe。
4.根据权利要求1所述的无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法，其特征在于，所述生长薄膜衬底为SiO2/Si衬底、玻璃衬底或Al2O3衬底。
5.根据权利要求1所述的无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法，其特征在于，所述目标衬底为SiO2/Si衬底、Al2O3衬底、云母衬底、高定向热解石墨衬底、已经生长过渡金属硫族化合物的衬底、已经转移上过渡金属硫族化合物的衬底、已经转移上过渡金属硫族化合物纵向异质结的衬底、带有纳米级孔洞的衬底、带有微米级孔洞的衬底、带有纳米级任意形状凸起的衬底或带有微米级任意形状凸起的衬底。
6.根据权利要求1所述的无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法，其特征在于，所述S2 A和B中的步骤(c)，目标衬底放置在加热台上，通过加热台加热将衬底烘干，温度为80℃-120℃。
7.根据权利要求1所述的无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法，其特征在于，所述化学气相沉积法在衬底上生长的过渡金属硫族化合物薄膜的厚度为0.8-5.0nm。
CN201910523538.3A 2019-06-17 2019-06-17 无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法 Active CN110241400B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910523538.3A CN110241400B (zh) 2019-06-17 2019-06-17 无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910523538.3A CN110241400B (zh) 2019-06-17 2019-06-17 无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110241400A CN110241400A (zh) 2019-09-17
CN110241400B true CN110241400B (zh) 2020-08-28

Family

ID=67887582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910523538.3A Active CN110241400B (zh) 2019-06-17 2019-06-17 无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110241400B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110607561A (zh) * 2019-10-28 2019-12-24 国家纳米科学中心 一种单层过渡金属硫化物的制备方法
CN111254491B (zh) * 2020-03-19 2021-08-10 四川大学 一种高质量二维原子层薄膜的制备方法
CN114538518B (zh) * 2022-01-14 2023-03-10 中国人民解放军国防科技大学 一种过渡金属硫族化合物二维材料的转移方法
CN114855144B (zh) * 2022-04-29 2023-11-17 清华-伯克利深圳学院筹备办公室 一种过渡金属硫族化合物薄层材料及其制备方法和应用
CN115241307B (zh) * 2022-07-26 2024-05-14 哈尔滨工业大学（深圳） 一种二维硫化钼-硫化铌范德华异质结光突触器件及其制备方法
CN115125513A (zh) * 2022-08-11 2022-09-30 广州粤芯半导体技术有限公司 一种过渡金属硫族化合物薄膜的制备方法
CN116067734A (zh) * 2023-02-10 2023-05-05 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 二维材料在不同衬底间的转移方法
CN117185838A (zh) * 2023-11-01 2023-12-08 广州志橙半导体有限公司 半导体生长的碳化钽涂层石墨部件及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105523521A (zh) * 2016-01-29 2016-04-27 厦门大学 纳米线纵向同轴异质结构及其电子束聚焦辐照制备方法
CN107915220A (zh) * 2017-11-17 2018-04-17 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种气液界面分离法转移石墨烯图案化薄膜的方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100832816B1 (ko) * 2006-12-05 2008-05-28 한국전자통신연구원 이종 접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법
CN104944417A (zh) * 2015-06-01 2015-09-30 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种石墨烯-氮化硼异质结的制备方法
CN109371381B (zh) * 2018-11-29 2021-01-15 河北工业大学 一种低温一步法制备单层硫化钼/硫化钨面内异质结的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105523521A (zh) * 2016-01-29 2016-04-27 厦门大学 纳米线纵向同轴异质结构及其电子束聚焦辐照制备方法
CN107915220A (zh) * 2017-11-17 2018-04-17 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种气液界面分离法转移石墨烯图案化薄膜的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110241400A (zh) 2019-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110241400B (zh) 无胶转移制备单层过渡金属硫族化合物纵向异质结的方法
Dong et al. Progress in fabrication of transition metal dichalcogenides heterostructure systems
Wong et al. Recent progress in chemical vapor deposition growth of two-dimensional transition metal dichalcogenides
CN103194729B (zh) 金属硫属化物薄膜的制备方法
Dou Emerging two-dimensional halide perovskite nanomaterials
US8338825B2 (en) Graphene/(multilayer) boron nitride heteroepitaxy for electronic device applications
JP5660425B2 (ja) グラフェン膜のエピタキシャル成長方法
Mandyam et al. Large area few-layer TMD film growths and their applications
KR100810730B1 (ko) 태양전지용 광흡수층의 제조방법
CN110335819A (zh) 一种二维过渡金属硫族化合物能谷极化特性的调控方法
CN111312593B (zh) 一种二维过渡金属硫族化合物明、暗激子的调控方法
CN107021524B (zh) 水溶性盐辅助转移cvd二维过渡金属硫族化合物的方法
CN106558475B (zh) 晶圆级单层二硫化钼膜及其制备方法
CN103606514B (zh) 基于GaN衬底CVD外延生长石墨烯的化学腐蚀转移方法
Wang et al. Epitaxial and quasiepitaxial growth of halide perovskites: New routes to high end optoelectronics
JP2009541976A (ja) 光活性層及び１又は複数の該層を含んでなる構成部品の製法
CN108486531A (zh) 一种二硒化钯二维晶态薄膜层的制备方法
Zhang et al. Synthesis, properties, and stacking of two-dimensional transition metal dichalcogenides
CN108666358A (zh) 过渡金属硫属化合物与氮化硼或石墨烯异质结的制备方法
Ponomarenko et al. Photo-and nanoelectronics based on two-dimensional materials. Part I. Two-dimensional materials: properties and synthesis
Ohta et al. Sputter synthesis of wafer-scale hexagonal boron nitride films via interface segregation
KR100982475B1 (ko) 광 흡수용 화합물 박막 제조방법
Miller et al. Challenges in synthesis of heterostructures
Min et al. Research progress of low-dimensional perovskites: synthesis, properties and optoelectronic applications
KR102280763B1 (ko) 전이금속 디칼코게나이드 박막, 그 제조 방법 및 제조 장치

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