CN112079387A - 一种二维二硫化钨自构同质结及其制备方法和应用 - Google Patents
一种二维二硫化钨自构同质结及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112079387A CN112079387A CN202010871962.XA CN202010871962A CN112079387A CN 112079387 A CN112079387 A CN 112079387A CN 202010871962 A CN202010871962 A CN 202010871962A CN 112079387 A CN112079387 A CN 112079387A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tungsten disulfide
- dimensional
- dimensional tungsten
- silicon wafer
- self
- 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.)
- Granted
Links
- ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N tungsten disulfide Chemical compound S=[W]=S ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 109
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 77
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 51
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 46
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims abstract description 42
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims abstract description 18
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 68
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 25
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 23
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 claims description 10
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 5
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims description 5
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- FRIKWZARTBPWBN-UHFFFAOYSA-N [Si].O=[Si]=O Chemical compound [Si].O=[Si]=O FRIKWZARTBPWBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 abstract 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G41/00—Compounds of tungsten
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/103—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明属于二维材料异质结光探测技术领域，具体地涉及一种二维二硫化钨自构同质结及其制备方法和应用。本发明通过物理气相沉积法先将二硫化钨粉末置于管式炉的中间，将表面有二氧化硅的硅片放置于管式炉下游；在氮气气氛下，升温至1100～1150℃并保温，在达到保温温度前进行反向通气，得到长有二维二硫化钨的硅片，然后将其进行光刻胶旋涂、加热、光刻，通过控制光刻板的沟道宽度控制，可以使得二维硫化钨进行折叠，再显影后，可成功在同质结两端搭建电极，得到二维二硫化钨自构同质结，该二维二硫化钨自构同质结具有良好的光探测应用前景。
Description
技术领域
本发明属于二维材料异质结光探测技术领域，具体地涉及一种二维二硫化钨自构同质结及其制备方法和应用。
背景技术
物理气相沉积(Physical Vapour Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。
二维的二硫化钨是一种类似石墨的层状材料，层间距为0.7nm。WS2的单层结构金属W原子层被夹在上下两层S原子层之间，W原子与S原子之间通过较强的离子-共价键结合，层与层之间则是通过相对较弱的范德华力结合。因此，WS2是一种重要的光电材料，当WS2由体材变为单层时，该材料由间接带隙变为直接带隙半导体，而且带隙将从1.3eV变为2.0eV，这使二维二硫化钨在光电探测器、太阳能电池方面具有重要应用。这也正因为二维二硫化钨的优良光电特性，常常备用来制作异质结或是同质结。
目前绝大多数研究者在研究同质结时，都是使用转移法或是延展生长法去搭建二硫化钨的同质结，这样会使得两层材料之间存在较大的表面缺陷，并且较难控制材料的厚度。目前国内外尚未有人成功做出结晶度较好的二维二硫化钨的自构同质结。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种二维二硫化钨自构同质结，该同质结晶良好。
本发明另一目的在于提供了上述二维二硫化钨自构同质结的制备方法，该工艺简单，操作简便，成本较低。
本发明再一目的在于提供了上述二维二硫化钨自构同质结的应用。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种二维二硫化钨自构同质结，是通过如下方法制得：首先，通过物理气相沉积法制备长有二维二硫化钨的硅片，然后将其进行光刻胶旋涂、加热、光刻，其中，光刻过程中，控制暴露于沟道中的二维二硫化钨材料呈梯形，且二维二硫化钨三角形结晶图形的顶部角和底边置于掩模板曝光处，沟道内梯形高为二维二硫化钨三角形结晶图形高的2/3；光刻后进行显影，得到二维二硫化钨自构同质结；
所述的长有二维二硫化钨的硅片优选通过如下方法制得：
将二硫化钨粉末置于管式炉的中间，将二氧化硅硅片(表面有二氧化硅)放置于管式炉下游，在氮气气氛下，升温至1100～1150℃并保温处理然后自然冷却制得；
所述的二硫化钨的纯度为99.9％以上；
所述的二硫化钨的用量优选为1～2g；
所述的硅片优选为1cm2的正方形规格；
所述的升温至1100～1150℃的时间优选为40min；
所述保温处理的时间优选为7min；
所述的二维二硫化钨自构同质结的制备方法，优选包含如下具体步骤：
(1)将二硫化钨粉末放置于石英舟上，将预处理后的二氧化硅硅片平放于另一石英舟之中；然后将装有二硫化钨粉末的石英舟放置于管式炉正中间，将载有预处理后的二氧化硅硅片的石英舟放置于管式炉下游，摆放位置为硅片处于管式炉出口白色墩正中间；
(2)完全打开管式炉的进气阀与出气阀，向管式炉的石英管通入足够量氮气以排尽空气杂质；
(3)打开管式炉，升温至1100～1150℃，升温的同时将氮气流量减少至50～60sccm，并设置氮气流向为硅片向二硫化钨的方向；
(4)当温度达到1100～1150℃后，保温处理7min，其中，前3min保持氮气流量和方向不变，第四分钟及以后将氮气流向改为由二硫化钨粉末流向硅片的方向，并设置流速为50～60sccm；
(5)保温结束后，开始自然冷却，其中，当温度在1100℃降至1020℃的温度区间时，将气体流速改为40sccm；当温度从1020℃降至920℃时，将气体流速改为30sccm；920℃到室温时间，将流速改为6sccm，得到长有二维二硫化钨的硅片；
(6)将步骤(5)制得的长有二维二硫化钨的硅片进行光刻胶旋涂；
(7)将步骤(6)中旋涂完毕光刻胶的硅片进行加热、光刻，其中，光刻过程中，控制暴露于沟道中的二维二硫化钨材料呈梯形，且二维二硫化钨三角形结晶图形的顶部角和底边置于掩模板曝光处，沟道内梯形高为二维二硫化钨三角形结晶图形高的2/3；光刻后进行显影，得到二维二硫化钨自构同质结；
步骤(1)中所述的预处理的具体操作优选为：
将二氧化硅硅片依次放进丙酮、无水乙醇和水中各超声5min，再用水冲洗，并用氮气快速吹干；然后用等离子去胶机对硅片进行氧气和氮气的亲水性表面处理；
所述的氧气和氮气的亲水性表面处理的具体操作优选为：
将二氧化硅硅片放入等离子去胶机，以气压6bar的压力进行N2填充，然后以气压1.5bar的压力通入O2进行Plasma处理，得到预处理后的二氧化硅硅片；
步骤(2)中所述的氮气的流量优选为500～600sccm；
步骤(2)中所述的氮气的通入时间优选为15～20min；
步骤(6)中所述的旋涂的条件优选为转速为高速3500转/分，旋转时间为60s；
步骤(7)中所述的加热的条件优选为100℃加热4min；
步骤(7)中所述的加热优选将步骤(6)中旋涂完毕光刻胶的硅片放置于加热板中加热；
步骤(7)中所述的光刻的具体操作优选为：
加热完毕后立即遮光转移至光刻机中使用掩模版进行光刻，其中，光刻机的曝光时间优选为4秒；
步骤(7)中所述的显影的具体操作优选为：
在光刻完毕后放入显影液进行显影，显影时间为40s；
所述的显影液优选为四甲基氢氧化铵水溶液；
所述的二维二硫化钨自构同质结在光探测领域中的应用；
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明通过利用光刻过程中光刻胶与光刻掩模版的粘附力实现二维二硫化钨的折叠，实现自构同质结，与现有方法搭建的同质结大多为人工机械转移搭建相比，避免了在搭建过程中引入杂质，提高了同质结的质量。
(2)本发明光刻过程中，掩模版中选取的沟道与二维二硫化钨存在着比例关系，沟道宽度选取为二维二硫化钨三角形结晶图形高的2/3。通过控制光刻板的沟道宽度控制，可以使得二维硫化钨进行折叠构成同质结。再显影后，可成功在同质结两端搭建电极，具有良好的光探测应用前景。
(3)本发明的同质结材料是利用同一片生长的具有高结晶度的材料进行制作，结晶良好，能控制构建的同质结厚度，是构造二维同质结的一种优良方法。
(4)本发明所需设备和工艺简单，生长时间短。
(5)本发明所制得的二维二硫化钨自构同质结，可以制备成光探测器。
附图说明
图1是实施例1制得的具有高结晶度二维二硫化钨的光学显微镜图。
图2是实施例1制得的二维二硫化钨光刻时位置示意图。
图3是实施例1制得的二维二硫化钨自构同质结的光学显微镜图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例中的显影液的配制：将10ml 25％的四甲基氢氧化铵水溶液(市购)与320ml去离子水混合得到；
实施例中光刻机型号为Ecopic M150(韩国)；
实施例1
(1)选取规格为1cm2正方形的二氧化硅硅片，将其依次放进丙酮、无水乙醇和去离子水中各超声5min，再用去离子水冲洗，并用氮气快速吹干；然后用去胶机对硅片进行氧气和氮气的亲水性表面处理：二氧化硅硅片放入等离子去胶机，打开气压6bar的气动N2阀进行填充，然后打开气压1.5bar的工艺气体O2阀进行Plasma处理，得到预处理后的二氧化硅硅片；将1.5g二硫化钨粉末(纯度为99.9％以上)放置于干净的石英舟上，将预处理后的二氧化硅硅片平放于另外一干净石英舟之中，然后将装有二硫化钨粉末的石英舟放置于管式炉正中间位置，将载有预处理后的二氧化硅硅片的石英舟放置于管式炉下游，摆放位置为硅片处于管式炉出口白色墩正中间；
(2)完全打开管式炉的进气阀与出气阀，打开氮气瓶，调节气体流量计气流量为600sccm，向管式炉的石英管通入氮气15min，排尽空气杂质；
(3)打开管式炉，从室温升至1100℃，升温的同时将氮气流量减少至60sccm，并设置氮气流向为硅片朝向二硫化钨的方向；
(4)当温度达到1100℃后，设置保温时间为7分钟；其中，在前三分钟时，保持气体流量和方向不变，第四分钟及之后将氮气流向改为由二硫化钨粉末流向硅片的方向，并设置流速为50sccm；
(5)保温结束后，开始自然冷却，其中，当温度在1100℃降至1020℃的温度区间时，将气体流速改为40sccm；当温度从1020℃降至920℃时，将气体流速改为30sccm；920℃到室温时间，将流速改为6sccm，得到长有二维二硫化钨的硅片；
(6)将步骤(5)制得的长有二维二硫化钨的硅片放置于匀胶机上，滴上光刻胶进行旋涂光刻胶，其中，设置转速为高速3500转/分，旋转时间为60s；
(7)将步骤(6)中旋涂完毕光刻胶的硅片放置于加热板中加热，100℃加热4分钟；加热完毕后立即遮光转移至光刻机中使用掩模版进行光刻，其中，光刻过程中，控制暴露于沟道中的二维二硫化钨材料呈梯形，且二维二硫化钨三角形结晶图形的顶部角和底边置于掩模板曝光处，沟道内梯形高为二维二硫化钨三角形结晶图形高的2/3(图2)，光刻机曝光时间为4秒；光刻完毕后放入显影液进行显影，显影时间为40s，最终得到二维二硫化钨自构同质结。
图1是本实施例制得的二维二硫化钨材料，从图中可以看出，本发明在二氧化硅衬底上制得单层二维二硫化钨，本实施例制得的二维二硫化钨结晶度良好。图3是本实施例制得的二维二硫化钨自构同质结，从图中可以看出，进行光刻处理后发生折叠的二维WS2，形成了自构同质结结构。
实施例2
(1)选取规格为1cm2正方形的二氧化硅硅片，将其依次放进丙酮、无水乙醇和去离子水中各超声5min，再用去离子水冲洗，并用氮气快速吹干；然后用去胶机对硅片进行氧气和氮气的亲水性表面处理：二氧化硅硅片放入等离子去胶机，打开气压6bar的气动N2阀进行填充，然后打开气压1.5bar的工艺气体O2阀进行Plasma处理，得到预处理后的二氧化硅硅片；将1g二硫化钨粉末(纯度为99.9％以上)放置于干净的石英舟上，将预处理后的二氧化硅硅片平放于另外一干净石英舟之中，然后将装有二硫化钨粉末的石英舟放置于管式炉正中间位置，将载有预处理后的二氧化硅硅片的石英舟放置于管式炉下游，摆放位置为硅片处于管式炉出口白色墩正中间；
(2)完全打开管式炉的进气阀与出气阀，打开氮气瓶，调节气体流量计气流量为550sccm，向管式炉的石英管通入氮气18min，排尽空气杂质；
(3)打开管式炉，从室温升至1120℃，升温的同时将氮气流量减少至50sccm，并设置氮气流向为硅片朝向二硫化钨的方向；
(4)在温度达到1120℃后，设置保温时间为7分钟；其中，在前三分钟时，保持气体流量和方向不变，第四分钟及之后将氮气流向改为由二硫化钨粉末流向硅片的方向，并设置流速为55sccm；
(5)保温结束后，开始自然冷却，其中，当温度在1120℃降至1020℃的温度区间时，将气体流速改为40sccm；当温度从1020℃降至920℃时，将气体流速改为30sccm；920℃到室温时间，将流速改为6sccm，最得到长有二维二硫化钨的硅片；
(6)将步骤(5)制得的长有二维二硫化钨的硅片放置于匀胶机上，滴上光刻胶进行旋涂光刻胶，其中，设置转速为高速3500转/分，旋转时间为60s；
(7)将步骤(6)中旋涂完毕光刻胶的硅片放置于加热板中加热，100℃加热4分钟；加热完毕后立即遮光转移至光刻机中使用掩模版进行光刻，其中，光刻过程中，控制暴露于沟道中的二维二硫化钨材料呈梯形，且二维二硫化钨三角形结晶图形的顶部角和底边置于掩模板曝光处，沟道内梯形高为二维二硫化钨三角形结晶图形高的2/3，光刻机曝光时间为4秒；光刻完毕后放入显影液进行显影，显影时间为40s，最终得到二维二硫化钨自构同质结。
实施例3
(1)选取规格为1cm2正方形的二氧化硅硅片，将其依次放进丙酮、无水乙醇和去离子水中各超声5min，再用去离子水冲洗，并用氮气快速吹干；然后用去胶机对硅片进行氧气和氮气的亲水性表面处理：二氧化硅硅片放入等离子去胶机，打开气压6bar的气动N2阀进行填充，然后打开气压1.5bar的工艺气体O2阀进行Plasma处理，得到预处理后的二氧化硅硅片；将2g二硫化钨粉末(纯度为99.9％以上)放置于干净的石英舟上，将预处理后的二氧化硅硅片平放于另外一干净石英舟之中，然后将装有二硫化钨粉末的石英舟放置于管式炉正中间位置，将载有预处理后的二氧化硅硅片的石英舟放置于管式炉下游，摆放位置为硅片处于管式炉出口白色墩正中间；
(2)完全打开管式炉的进气阀与出气阀，打开氮气瓶，调节气体流量计气流量为500sccm，向管式炉的石英管通入氮气20min，排尽空气杂质；
(3)打开管式炉，从室温升至1150℃，升温的同时将氮气流量减少至60sccm，并设置氮气流向为硅片朝向二硫化钨的方向；
(4)当温度达到1150℃后，设置保温时间为7分钟；其中，在前三分钟时，保持气体流量和方向不变，第四分钟及之后将氮气流向改为由二硫化钨粉末流向硅片的方向，并设置流速为60sccm；
(5)保温结束后，开始自然冷却，其中，当温度在1150℃降至1020℃的温度区间时，将气体流速改为40sccm；当温度从1020℃降至920℃时，将气体流速改为30sccm；920℃到室温时间，将流速改为6sccm，得到长有二维二硫化钨的硅片；
(6)将步骤(5)制得的长有二维二硫化钨的硅片放置于匀胶机上，滴上光刻胶进行旋涂光刻胶，其中，设置转速为高速3500转/分，旋转时间为60s；
(7)将步骤(6)中旋涂完毕光刻胶的硅片放置于加热板中加热，100℃加热4分钟；加热完毕后立即遮光转移至光刻机中使用掩模版进行光刻，其中，光刻过程中，控制暴露于沟道中的二维二硫化钨材料呈梯形，且二维二硫化钨三角形结晶图形的顶部角和底边置于掩模板曝光处，沟道内梯形高为二维二硫化钨三角形结晶图形高的2/3，光刻机曝光时间为4秒；光刻完毕后放入显影液进行显影，显影时间为40s，最终得到二维二硫化钨自构同质结。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种二维二硫化钨自构同质结，其特征在于是通过如下方法制得：首先，通过物理气相沉积法制备长有二维二硫化钨的硅片，然后将其进行光刻胶旋涂、加热、光刻，其中，光刻过程中，控制暴露于沟道中的二维二硫化钨材料呈梯形，且二维二硫化钨三角形结晶图形的顶部角和底边置于掩模板曝光处，沟道内梯形高为二维二硫化钨三角形结晶图形高的2/3；光刻后进行显影，得到二维二硫化钨自构同质结。
2.权利要求1所述的二维二硫化钨自构同质结，其特征在于：
所述的长有二维二硫化钨的硅片通过如下方法制得：
将二硫化钨粉末置于管式炉的中间，将二氧化硅硅片放置于管式炉下游，在氮气气氛下，升温至1100～1150℃并保温处理然后自然冷却制得。
3.权利要求1所述的二维二硫化钨自构同质结，其特征在于：
所述的升温至1100～1150℃的时间为40min。
4.权利要求1所述的二维二硫化钨自构同质结，其特征在于：
所述保温处理的时间为7min。
5.权利要求1～4任一项所述的二维二硫化钨自构同质结的制备方法，其特征在于包含如下具体步骤：
(1)将二硫化钨粉末放置于石英舟上，将预处理后的二氧化硅硅片平放于另一石英舟之中；然后将装有二硫化钨粉末的石英舟放置于管式炉正中间，将载有预处理后的二氧化硅硅片的石英舟放置于管式炉下游，摆放位置为硅片处于管式炉出口白色墩正中间；
(2)完全打开管式炉的进气阀与出气阀，向管式炉的石英管通入足够量氮气以排尽空气杂质；
(3)打开管式炉，升温至1100～1150℃，升温的同时将氮气流量减少至50～60sccm，并设置氮气流向为硅片向二硫化钨的方向；
(4)当温度达到1100～1150℃后，保温处理7min，其中，前3min保持氮气流量和方向不变，第四分钟及以后将氮气流向改为由二硫化钨粉末流向硅片的方向，并设置流速为50～60sccm；
(5)保温结束后，开始自然冷却，其中，当温度在1100℃降至1020℃的温度区间时，将气体流速改为40sccm；当温度从1020℃降至920℃时，将气体流速改为30sccm；920℃到室温时间，将流速改为6sccm，得到长有二维二硫化钨的硅片；
(6)将步骤(5)制得的长有二维二硫化钨的硅片进行光刻胶旋涂；
(7)将步骤(6)中旋涂完毕光刻胶的硅片进行加热、光刻，其中，光刻过程中，控制暴露于沟道中的二维二硫化钨材料呈梯形，且二维二硫化钨三角形结晶图形的顶部角和底边置于掩模板曝光处，沟道内梯形高为二维二硫化钨三角形结晶图形高的2/3；光刻后进行显影，得到二维二硫化钨自构同质结。
6.根据权利要求5所述的二维二硫化钨自构同质结的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的预处理的具体操作为：
将二氧化硅硅片依次放进丙酮、无水乙醇和水中各超声5min，再用水冲洗，并用氮气快速吹干；然后用等离子去胶机对硅片进行氧气和氮气的亲水性表面处理。
7.根据权利要求6所述的二维二硫化钨自构同质结的制备方法，其特征在于：
所述的氧气和氮气的亲水性表面处理的具体操作为：
将二氧化硅硅片放入等离子去胶机，以气压6bar的压力进行N2填充，然后以气压1.5bar的压力通入O2进行Plasma处理，得到预处理后的二氧化硅硅片。
8.根据权利要求5所述的二维二硫化钨自构同质结的制备方法，其特征在于：
步骤(6)中所述的旋涂的条件为转速为高速3500转/分，旋转时间为60s；
步骤(7)中所述的加热的条件为100℃加热4min。
9.根据权利要求5所述的二维二硫化钨自构同质结的制备方法，其特征在于：
步骤(7)中所述的光刻的具体操作为：
加热完毕后立即遮光转移至光刻机中使用掩模版进行光刻，其中，光刻机的曝光时间为4秒。
10.权利要求1～4任一项所述的二维二硫化钨自构同质结在光探测领域中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010871962.XA CN112079387B (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 一种二维二硫化钨自构同质结及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010871962.XA CN112079387B (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 一种二维二硫化钨自构同质结及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112079387A true CN112079387A (zh) | 2020-12-15 |
| CN112079387B CN112079387B (zh) | 2023-01-20 |
Family
ID=73727979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010871962.XA Active CN112079387B (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 一种二维二硫化钨自构同质结及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112079387B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112359421A (zh) * | 2021-01-12 | 2021-02-12 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种反向气流法制备层状铋氧硒半导体薄膜的方法 |
| CN113549452A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-10-26 | 湖南大学 | 一种氧吸附增强单层ws2荧光的方法 |
| WO2024066206A1 (zh) * | 2022-09-27 | 2024-04-04 | 暨南大学 | 一种二维双层硫化钨同质结的制备方法与应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170175258A1 (en) * | 2015-12-21 | 2017-06-22 | The Penn State Research Foundation | Facile Route to Templated Growth of Two-Dimensional Layered Materials |
| WO2017210264A1 (en) * | 2016-06-03 | 2017-12-07 | Ohio University | Directed growth of electrically self-contacted monolayer transition metal dichalcogenides with lithographically defined metallic patterns |
| CN107818921A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-03-20 | 北京工业大学 | 一种基于二维平面异质结增强型场效应管的制备方法 |
| US20180277754A1 (en) * | 2018-05-29 | 2018-09-27 | Nanjing University | High Temperature Resistant Memristor Based on Two-Dimensional Covalent Crystal and Preparation Method Thereof |
| CN109811307A (zh) * | 2019-01-03 | 2019-05-28 | 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 |
| US20190228966A1 (en) * | 2018-01-20 | 2019-07-25 | Tsinghua University | Method for making patterned 2d transition metal dichalcogenides nanomaterials |
-
2020
- 2020-08-26 CN CN202010871962.XA patent/CN112079387B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170175258A1 (en) * | 2015-12-21 | 2017-06-22 | The Penn State Research Foundation | Facile Route to Templated Growth of Two-Dimensional Layered Materials |
| WO2017210264A1 (en) * | 2016-06-03 | 2017-12-07 | Ohio University | Directed growth of electrically self-contacted monolayer transition metal dichalcogenides with lithographically defined metallic patterns |
| CN107818921A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-03-20 | 北京工业大学 | 一种基于二维平面异质结增强型场效应管的制备方法 |
| US20190228966A1 (en) * | 2018-01-20 | 2019-07-25 | Tsinghua University | Method for making patterned 2d transition metal dichalcogenides nanomaterials |
| US20180277754A1 (en) * | 2018-05-29 | 2018-09-27 | Nanjing University | High Temperature Resistant Memristor Based on Two-Dimensional Covalent Crystal and Preparation Method Thereof |
| CN109811307A (zh) * | 2019-01-03 | 2019-05-28 | 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 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| ADEL ALRUQI ET AL.: "Graphene-WS2 heterostructures by a lithography free method:their electrical properties", 《NANOTECHNOLOGY》 * |
| INTU SHARMA ET AL.: "KPFM and CAFM based studies of MoS2(2D)/WS2 heterojunction patterns fabricated using stencil mask lithography thchnique", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 * |
| SUNGWOO JANG ET AL.: "Highly periodic metal dichalcogenide nanostructures with complex shapes,high resolution,and high aspect ratios", 《ADV.FUCT.MATER》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112359421A (zh) * | 2021-01-12 | 2021-02-12 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种反向气流法制备层状铋氧硒半导体薄膜的方法 |
| CN112359421B (zh) * | 2021-01-12 | 2021-04-13 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种反向气流法制备层状铋氧硒半导体薄膜的方法 |
| CN113549452A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-10-26 | 湖南大学 | 一种氧吸附增强单层ws2荧光的方法 |
| CN113549452B (zh) * | 2021-02-26 | 2022-07-22 | 湖南大学 | 一种氧吸附增强单层ws2荧光的方法 |
| WO2024066206A1 (zh) * | 2022-09-27 | 2024-04-04 | 暨南大学 | 一种二维双层硫化钨同质结的制备方法与应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112079387B (zh) | 2023-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112079387B (zh) | 一种二维二硫化钨自构同质结及其制备方法和应用 | |
| CN107419333B (zh) | 一种高迁移率铌掺杂氧化锡单晶薄膜的制备方法 | |
| JPS6345371A (ja) | 堆積膜形成法 | |
| CN108364852A (zh) | 一种高质量AlN及其制备方法和应用 | |
| CN111987169A (zh) | 基于二维氧化镓薄膜的晶体管及制备方法 | |
| CN110629184B (zh) | 介质衬底上直接生长二维六方氮化硼的方法 | |
| CN110943166B (zh) | 单层有机半导体薄膜的制备方法 | |
| CN108930065A (zh) | 一种高迁移率硒氧化铋半导体薄膜的化学刻蚀方法 | |
| JP2005236080A (ja) | シリコンナノ結晶構造体の作製方法及び作製装置 | |
| JP2022510159A (ja) | ダイヤモンド基板の製造方法 | |
| CN110634958A (zh) | 一种不稳定的二维材料的半导体薄膜场效应管及其制备方法 | |
| CN110212025A (zh) | 一种基于二硒化铂半导体的场效应管阵列及制备方法 | |
| CN110473925A (zh) | 一种二维硫化钼/硫化铟横向异质结及其制备方法和应用 | |
| CN112593205B (zh) | 氨水辅助制备大面积单层二硫化钼的方法 | |
| CN114975078A (zh) | 一种不同层数WS2-WSe2横向异质结及其制备和应用 | |
| CN115354392B (zh) | 一种大尺寸单晶二硫化钼的制备方法 | |
| CN110556287A (zh) | 一种防止侧向外延iii族氮化物材料背面被刻蚀的方法 | |
| JPS6228461B2 (zh) | ||
| CN110777366B (zh) | 一种纳米晶氧化硅薄膜及其制备的类光刻胶氧化硅材料 | |
| CN107768251A (zh) | 一种基于鼓泡法的石墨烯场效应晶体管的制备方法 | |
| JPS62132312A (ja) | 半導体薄膜の製造方法 | |
| JPH04199749A (ja) | 太陽電池の製造方法 | |
| CN114122035A (zh) | 基于SnSex的可见紫外光芯片及其制备方法和应用 | |
| CN117448777A (zh) | 一种二维MoSe2、光电探测器及其制备方法 | |
| JPS63129616A (ja) | 半導体装置及びその形成方法 |
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 |