CN113201723B - 掺杂型过渡金属硫族化合物薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了掺杂型过渡金属硫族元素化合物薄膜及其制备方法和应用，该制备方法包括以下步骤：提供衬底，衬底的内部具有过渡金属源，所述衬底的表面具有异质金属源；将硫族元素源与所述衬底接触，在保护性气氛中加热，发生化学气相沉积反应，得到掺杂型过渡金属硫族化合物薄膜。过渡金属源在加热处理过程中，从衬底中不断扩散并从衬底的表面析出。析出的过渡金属源与硫族元素源在保护性气氛中发生化学气相沉积反应，而异质金属源在过渡金属硫族化合物的生长过程中嵌入晶格，得到掺杂的样品。本方法所采用的双面反应源供给策略提升了对掺杂的金属元素浓度的调控能力，并解决了单面源模式下多种金属元素掺杂时的普适性问题。

Description

掺杂型过渡金属硫族化合物薄膜及其制备方法和应用
技术领域
本申请涉及二维材料技术领域，尤其是涉及掺杂型过渡金属硫族化合物薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
二维过渡金属硫族化合物作为一类新型半导体材料，具有独特的物理性能，在电学、光学以及磁学等领域有着广泛的应用前景。其原子级厚度的特性及无悬挂键的表面使其在晶体管应用中能克服短沟道效应，符合堆叠封装的技术发展趋势，进而使得该类材料成为延续摩尔定律的潜在选择。然而，如何高效地改进和调控该类材料的性能以进一步推进其在上述领域中的应用，依然是一个亟待解决的问题。相比于化学功能化，过渡金属元素取代掺杂的方法通过将异质原子引入二维材料晶格中，是一种更加稳定、高效地对二维过渡金属硫族化合物进行性能调控的手段。通过过渡金属元素取代掺杂可实现对二维过渡金属硫族化合物电子浓度、能带结构的改变，并赋予其铁磁性等新的物理性能。
但是，传统的对二维过渡金属硫族化合物进行过渡金属元素取代掺杂方法多采用固体粉末前驱体，且不同前驱体在通过载气输运往反应区的过程中会提前混合。这种不均匀混合降低了材料生长反应的可控性和可重复性，且很容易在材料的上下表面引入杂质颗粒或缺陷，不利于高质量二维材料的制备及其掺杂。此外，对于铁、钴等过渡金属元素，由于其掺杂生长过程中前驱体饱和蒸气压较低，很难通过传统取代掺杂方法实现此类元素对单层过渡金属硫族化合物的掺杂。对此，研究人员提出将掺杂金属源与钼源同时置于夹层玻璃中进行金属掺杂硫化钼生长的方案，但该方法对于掺杂金属原子浓度的调控能力十分有限且不具备很好的普适性。另有方案提出一种多金属掺杂二硫化钼材料的方法，这种方法以三氧化钼为基底，在三氧化钼层间插入多种金属原子后再进行硫化反应，但这种方法不适用于对单层过渡金属硫族化合物进行掺杂。考虑到二维过渡金属硫族化合物的独特物性及其应用前景，需要探索出一种适用于过渡金属硫族化合物薄膜的新型取代掺杂方法，能够实现掺杂浓度的可控性和多种异质原子的取代掺杂。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种能够实现掺杂浓度的可控性和多种异质原子的取代掺杂的掺杂型过渡金属硫族元素化合物薄膜的制备方法。
本申请还提出一种利用上述制备方法制备得到的掺杂型过渡金属硫族元素化合物薄膜。
本申请还提出一种上述掺杂型过渡金属硫族元素化合物薄膜的应用。
本申请的第一方面，提供掺杂型过渡金属硫族元素化合物薄膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
提供衬底，衬底的内部具有过渡金属源，所述衬底的表面具有异质金属源；
将硫族元素源与所述衬底接触，在保护性气氛中加热，发生化学气相沉积反应，得到掺杂型过渡金属硫族化合物薄膜。
根据本申请实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：
在该制备方法中，位于衬底内部的过渡金属源在加热处理的反应过程中，从衬底中不断扩散并从衬底的表面析出。析出的过渡金属源与位于衬底表面的异质金属源结合，与硫族元素源在保护性气氛中发生化学气相沉积反应，在此过程中，异质金属源在过渡金属硫族化合物的生长过程中嵌入晶格，得到掺杂的样品。而且，过渡金属源由衬底内部供给，有效避免了气相反应所产生的小颗粒等副产物，能够得到表面洁净的掺杂型过渡金属硫族元素化合物薄膜。另外，相比于将异质金属源和过渡金属源都直接放置在衬底内部通过扩散析出参与化学气相沉积反应的方式，本方法所采用的双面反应源供给策略提升了对掺杂的金属元素浓度的调控能力，并解决了单面源模式下多种金属元素掺杂时的普适性问题，不会因为异质金属源在衬底中扩散能力的限制而难以实现较高浓度的掺杂，调控范围更大，能够实现掺杂浓度的可控性和多种异质原子的取代掺杂。
其中，异质金属源是提供与作为主体的过渡金属硫族化合物薄膜中的过渡金属元素不相同的金属元素的材料。
在本申请的一些实施方式中，过渡金属源为钼源、钨源、钒源、铼源、钽源、铌源、钛源、铂源、钯源中的任一种。过渡金属源包括过渡金属的单质、化合物、混合物等，其中，过渡金属的化合物的非限制性实例包括过渡金属氧化物、过渡金属盐、过渡金属含氧酸盐等。以钼源为例，过渡金属氧化物包括三氧化钼、六氧化钼，过渡金属盐包括五氯化钼等，过渡金属含氧酸盐包括钼酸铵、钼酸钠、钼酸钾、硫代钼酸铵以及其它钼源像六羰基钼等。
在本申请的一些实施方式中，过渡金属源为钼源。
在本申请的一些实施方式中，硫族元素源为硫源、硒源、碲源中的任一种，具体可以以固相、液相或气相等形态的原料参与反应。以硫源为例，固相硫源的非限制性实例包括硫粉、硫化铵等，液相硫源的非限制性实例包括二硫化碳、各种硫醇等；气相硫源的非限制性实例包括硫化氢。
硫族元素源为气相硫族元素源时，化学气相沉积反应可以在管式炉或箱式炉中进行，气相硫族元素源可与保护气体共同通入管式炉中。硫族元素源为固相硫族元素源和/或液相硫族元素源时，化学气相沉积反应可在双温区管式炉中进行，双温区管式炉具体包括第一加热区和第二加热区，两段区域可通过控制不同加热温度，以满足反应的需求。其中，第一加热区主要用于加热固相硫族元素源和/或液相硫族元素源，从而使其挥发扩散；第二加热区为主反应区，主要用于实现化学气相沉积反应，可将衬底置于第二加热区，第一加热区挥发的硫族元素源进入第二加热区，在保护性气氛下发生化学气相沉积反应。在其中一些具体实施方式中，硫族元素源为固态硫族元素源时，第一加热区的加热温度为150～220℃；硫族元素源为液态硫族元素源时，第一加热区的加热温度为40～100℃。而第一加热区的加热时间可以控制在1～300min。在采用固相硫族元素源时，过渡金属源和硫族元素源的摩尔比优选为1：(50～1000)。
在本申请的一些实施方式中，过渡金属硫族元素化合物薄膜为单层或少层二硫化钼。单层或少层二硫化钼所形成的二硫化钼薄膜比表面积巨大，突破了比表面积对材料性能的限制，表现出优异的各向异性、化学稳定性、润滑性、光电性以及高催化性，是二维过渡金属硫族化合物中的典型代表，具有广阔的应用前景，因而通过对二硫化钼薄膜进行掺杂以调控其性能。
在本申请的一些实施方式中，异质金属源包括与过渡金属源不同的过渡金属元素。对过渡金属硫族化合物薄膜采用另外的过渡金属元素进行取代掺杂可实现对其电子浓度、能带结构的改变，并赋予其新的物理性能。
在本申请的一些实施方式中，异质金属源选自钒源、铁源、铬源、铼源、铌源、锰源、钴源、镧源中的至少一种。这些异质金属源与硫族元素源之间的结合能势垒相比于钼与硫族元素的结合能势垒更高。因此，在两者同时出现在衬底表面时，扩散出的钼源与硫族元素的结合能势垒较低，较易生成对应的过渡金属硫族化合物薄膜；与硫族元素的结合能势垒较高的上述掺杂金属元素则难以与之形成二维薄膜材料，而倾向于在过渡金属硫族化合物薄膜生长过程中嵌入其晶格。
其中，钒源的非限制性实例包括钒单质、五氧化二钒、偏钒酸铵、偏钒酸钠、三氯化钒等其中至少一种，铁源的非限制性实例包括铁单质、三氯化铁、二氯化铁、硝酸铁等其中至少一种，铬源的非限制性实例包括铬单质、铬酸钠、氯化铬等其中至少一种，铼源的非限制性实例包括铼单质、高铼酸钠、氯化铼等其中至少一种，铌源的非限制性实例包括铌单质、氯化铌、草酸铌等其中至少一种。
在本申请的一些实施方式中，异质金属源与过渡金属源的摩尔比为(1～100)：1。异质金属源与过渡金属源的摩尔比在异质金属源中仅包含一种待掺杂的金属元素时，以该金属元素的摩尔量计算上述摩尔比；在异质金属源中包含多种待掺杂的金属元素时，以多种待掺杂的金属元素的总的摩尔量计算上述摩尔比。
在本申请的一些实施方式中，衬底为玻璃衬底。生长过程中，玻璃衬底表面有利于过渡金属源的扩散，减少成核位点，能够制备得到大面积均匀分布的过渡金属硫族化合物薄膜。
在本申请的一些实施方式中，玻璃衬底为钠钙玻璃、钾玻璃、铝镁玻璃、铅钾玻璃、硼硅玻璃、石英玻璃中的至少一种。玻璃衬底的熔点影响过渡金属源在其中的扩散速率，影响反应的动力学过程，因此，优选采用上述的玻璃材料中的至少一种作为衬底，进一步优选以钠钙玻璃作为衬底。
在本申请的一些实施方式中，加热处理的温度设置为200～1000℃，加热处理的时间为10～60min。
在本申请的一些实施方式中，化学气相沉积反应的生长压力设置为0.05～1000Torr。
在本申请的一些实施方式中，衬底的制备方法如下：
提供第一衬底和第二衬底，将过渡金属源涂覆于层叠设置的第一衬底和第二衬底之间，形成夹层；
在夹层的表面涂覆异质金属源，得到衬底。
在其中一些实施方式中，过渡金属源涂覆后形成夹层的方式为将涂覆后的产品进行热处理，使得第一衬底和第二衬底熔融粘合在一起形成夹层，而涂覆的过渡金属源则位于夹层内部。
在其中一些实施方式中，第一衬底和第二衬底选择同等大小、面积相等的两衬底。在以第一衬底的表面作为后续发生化学气相沉积反应的反应面时，为了便于过渡金属源从衬底表面析出，第一衬底的厚度小于第二衬底的厚度，以利于过渡金属源从第一衬底的表面扩散析出。另外，衬底之间的熔融粘合是过渡金属源“溶解-析出”生长过程至关重要的一环，熔融粘合的条件决定了过渡金属源在衬底中的分布、扩散方式、内部源浓度、表面平整度等性质。如果第一衬底的厚度过薄，过渡金属源扩散距离短且块，表面会得到较厚的过渡金属源析出层；如果第一衬底的厚度过厚，过渡金属源会难以扩散出来，表面会得到较薄的过渡金属源析出层。因而，第二衬底的厚度优选为0.01～50mm，而第一衬底的厚度范围优选为0.01～0.5mm。
另外，若过渡金属源与衬底的表面积的相对比过低，会造成生长的薄膜只能分布在特定的区域，而非在全部衬底上均匀分布；若过渡金属源与衬底的表面积的相对比过高，则过渡金属源会从衬底的边缘溢出，使得生长的薄膜在边缘区域的密度比中间区域大，因此，过渡金属源在衬底上的担载量优选为0.2～2mg/cm2；而衬底的面积为1～100cm2。
在其中一些实施方式中，第一衬底和第二衬底进行热处理时的温度应当高于所用玻璃的软化温度，并且低于过渡金属源的熔点或升华温度。
在其中一些实施方式中，第一衬底和第二衬底进行热处理的温度为550～650℃，热处理时间为30～120min。
在其中一些实施方式中，保护性气氛由氮气、惰性气体中的至少一种提供，惰性气体优选为氩气。
本申请的第二方面，提供根据上述制备方法制得的掺杂型过渡金属硫族化合物薄膜。通过上述制备方法制得的掺杂型过渡金属硫族化合物薄膜的尺寸可达5～100μm，厚度可以控制在0.7nm左右，表面洁净、均匀分布、形貌良好，光学、电学等性能优异，具有广阔的应用前景，可应用于制备电子器件、光学器件、光电器件、化学生物传感器或电化学催化剂。
本申请的第三方面，提供上述掺杂型过渡金属硫族化合物薄膜在电子器件、光学器件、光电器件、化学生物传感器或电化学催化器件中的应用。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
图1是本申请实施例1中制备方法的原理示意图。
图2是本申请实施例1制备得到的钒掺杂二硫化钼薄膜的光学形貌图和原子力显微镜图。
图3是本申请实施例1制备得到的钒掺杂二硫化钼薄膜的X射线光电子能谱图。
图4是本申请实施例1制备得到的钒掺杂二硫化钼薄膜的大范围扫描-透射电子显微图。
图5是本申请实施例1制备得到的钒掺杂二硫化钼薄膜的高分辨扫描-投射电子显微图。
图6是本申请实施例1根据钒掺杂二硫化钼薄膜制备得到的场效应管的性能图。
图7是本申请实施例2制备得到的铁掺杂二硫化钼薄膜的检测结果。
图8是本申请实施例3制备得到的铬掺杂二硫化钼薄膜的检测结果。
图9是本申请实施例4制备得到的铼掺杂二硫化钼薄膜的检测结果。
具体实施方式
以下将结合实施例对本申请的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本申请的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本申请的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本申请保护的范围。
下面详细描述本申请的实施例，描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。
本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
实施例1
本实施例提供一种钒掺杂二硫化钼薄膜，该钒掺杂二硫化钼薄膜的制备方法具体包括以下步骤：
(1)以厚度为0.15mm的钠钙玻璃作为第一衬底，厚度为2mm的钠钙玻璃作为第二衬底，将钼酸钠均匀地滴涂于第二衬底表面，钼酸钠的负载量为0.96mg/cm2，在鼓风干燥箱中完全干燥后，盖上第一衬底；在马弗炉中以50℃/min的升温速率升温至600℃热处理30min，使得第一衬底和第二衬底熔融粘合在一起，形成夹层。
(2)将偏钒酸钠均匀地旋涂于步骤(1)所得到的夹层的第一衬底的表面，偏钒酸钠的负载量为10mg/cm2，在鼓风干燥箱中完全干燥，得到衬底，置于干燥箱中保存备用。
(3)将步骤(2)中得到的衬底快速转移并放置于管式炉的第二加热区，取20mg硫粉放置在管式炉的第一加热区并用加热带加热，加热带的加热温度为180℃；向管式炉中以50sccm的流量通入保护性气体，通过机械泵使得管式炉中压力为760Torr；管式炉的第二加热区以50℃/min的升温速率升温至700℃，保温反应10min，反应结束后自然冷却，得到表面洁净的钒掺杂二硫化钼薄膜。
图1是本申请的实施例中制备方法的原理示意图，参考图1，①中第二衬底(下层玻璃)上涂覆有钼源，并与第一衬底(上层玻璃)堆叠在一起，②中熔融热处理后的夹层的第一衬底的表面上覆有异质金属源，③中加热处理时，衬底内的钼源扩散并由第一衬底的表面析出，与表面上原有的异质金属源以及通入此处的硫源发生化学气相沉积反应，最终如④中所示，在衬底上形成掺杂型的二硫化钼薄膜。
图2是本实施例制备得到的钒掺杂二硫化钼薄膜的照片，其中(A)为该薄膜的光学显微镜检测结果，(B)为该薄膜的原子力显微镜检测结果。从图2中可以看出，本实施例制备得到的薄膜的尺寸约为10μm，而该薄膜的厚度约为0.9nm。
图3是本实施例制备得到的钒掺杂二硫化钼薄膜的X射线光电子能谱图，根据该图的显示结果，本实施例制备得到的掺杂型二硫化钼薄膜中的掺杂元素为钒。
图4是本实施例制备得到的钒掺杂二硫化钼薄膜的扫描-透射电子显微镜检测结果，其中，箭头所示的较大的浅色(橙色)圆圈内为钒原子，而较小的深色(蓝色)圆圈内为硫原子，可以看出，钒原子以晶格取代掺杂的方式进入二硫化钼的晶格。
图5是采用本实施例所提供的方法在第一衬底表面旋涂不同负载量的偏钒酸钠得到的钒掺杂二硫化钼薄膜的扫描-透射电子显微镜检测结果，(A)所示的薄膜在制备过程中偏钒酸钠的负载量为0.488mg低于(B)的2.44mg，图中圆圈所示为掺杂的钒原子，从图中可以看出，(A)所示的薄膜中钒的掺杂量为2at％明显比(B)中的6at％更低。该结果表明，通过调节衬底表面异质金属源的负载量可以对薄膜中的异质金属元素的掺杂浓度进行可控调节。
将上述根据异质金属源的不同负载量制得的钒掺杂二硫化钼薄膜以及原始无掺杂的二硫化钼薄膜按所需的场效应管沟道尺寸，刻蚀成条状二硫化钼，并在其上沉积金属源和漏极，制备得到二硫化钼场效应管。比较其电学性能和电子浓度，结果如图6所示，其中(A)为电学性能检测结果，(B)为电子浓度检测结果，从图中可以看出，随着二硫化钼薄膜上钒掺杂浓度的改变，其电学性能也发生了明显变化，而电子浓度也随着钒掺杂浓度的上升而下降。该结果表明，通过钒的掺杂可以调节单层二硫化钼的电子浓度，因而在高性能电子器件领域有潜在应用。
实施例2
本实施例提供一种铁掺杂二硫化钼薄膜，该铁掺杂二硫化钼薄膜的制备方法包括以下步骤：
(1)以厚度为0.15mm的钠钙玻璃作为第一衬底，厚度为2mm的钠钙玻璃作为第二衬底，将钼酸钠均匀滴涂于第二衬底的表面，钼酸钠的负载量为0.96mg/cm2，在鼓风干燥箱中完全干燥后，盖上第一衬底；在马弗炉中以50℃/min的升温速率升温至600℃热处理30min，使得第一衬底和第二衬底熔融粘合在一起，形成夹层。
(2)将氯化铁均匀地旋涂于步骤(1)所得到的夹层的第一衬底的表面，氯化铁的负载量为10mg/cm2，在鼓风干燥箱中完全干燥，得到衬底，置于干燥箱中保存备用。
(3)将步骤(2)中的衬底快速转移并放置于管式炉的第二加热区，取20mg硫粉放置在管式炉的第一加热区并用加热带加热，加热带的加热温度为180℃；向管式炉中以50sccm的流量通入保护性气体，通过机械泵使得管式炉中压力为760Torr；管式炉的第二加热区以50℃/min的升温速率升温至730℃，保温反应10min，反应结束后自然冷却，得到表面洁净的铁掺杂二硫化钼薄膜。
图7是本实施例制备得到的铁掺杂二硫化钼薄膜的检测结果，其中，a是光学形貌图，b是原子显微图，c和d是拉曼谱，从图中可以看出，铁掺杂二硫化钼薄膜与实施例1中的钒掺杂二硫化钼薄膜的大小类似，具有相近的掺杂结构，而其拉曼特征峰与二硫化钼相同。
实施例3
本实施例提供一种铬掺杂二硫化钼薄膜，该铬掺杂二硫化钼薄膜的制备方法具体包括以下步骤：
(1)以厚度为0.15mm的钠钙玻璃作为第一衬底，厚度为2mm的钠钙玻璃作为第二衬底，将钼酸钠均匀滴涂于第二衬底的表面，钼酸钠的负载量为0.96mg/cm2，在鼓风干燥箱中完全干燥后，盖上第一衬底；在马弗炉中以50℃/min的升温速率升温至600℃热处理30min，使得第一衬底和第二衬底熔融粘合在一起，形成夹层。
(2)将铬酸钠均匀地旋涂于步骤(1)所得到的夹层的第一衬底的表面，铬酸钠的负载量为8.8mg/cm2，在鼓风干燥箱中完全干燥，得到衬底，置于干燥箱中保存备用。
(3)将步骤(2)中的衬底快速转移并放置于管式炉的第二加热区，取20mg硫粉放置在管式炉的第一加热区并用加热带加热，加热带的加热温度为180℃；向管式炉中以50sccm的流量通入保护性气体，通过机械泵使得管式炉中压力为760Torr；管式炉的第二加热区以50℃/min的升温速率升温至700℃，保温反应10min，反应结束后自然冷却，得到表面洁净的铬掺杂二硫化钼薄膜。
图8是本实施例制备得到的铬掺杂二硫化钼薄膜的检测结果，其中，a是光学形貌图，b是原子显微图，c和d是拉曼谱，从图中可以看出，铬掺杂二硫化钼薄膜与实施例1中的钒掺杂二硫化钼薄膜的大小类似，具有相近的掺杂结构，而其拉曼特征峰与二硫化钼相同。
实施例4
本实施例提供一种铼掺杂二硫化钼薄膜，该铼掺杂二硫化钼薄膜的制备方法具体包括以下步骤：
(1)以厚度为0.15mm的钠钙玻璃作为第一衬底，厚度为2mm的钠钙玻璃作为第二衬底，将钼酸钠均匀滴涂于第二衬底的表面，钼酸钠的负载量为0.96mg/cm2，在鼓风干燥箱中完全干燥后，盖上第一衬底；在马弗炉中以50℃/min的升温速率升温至600℃热处理30min，使得第一衬底和第二衬底熔融粘合在一起，形成夹层。
(2)将高铼酸钠均匀地旋涂于步骤(1)所得到的夹层的第一衬底的表面，高铼酸钠的负载量为14mg/cm2，在鼓风干燥箱中完全干燥，得到衬底，置于干燥箱中保存备用。
(3)将步骤(2)中的衬底快速转移并放置于管式炉的第二加热区，取20mg硫粉放置在管式炉的第一加热区并用加热带加热，加热带的加热温度为180℃；向管式炉中以50sccm的流量通入保护性气体，通过机械泵使得管式炉中压力为760Torr；管式炉的第二加热区以50℃/min的升温速率升温至750℃，保温反应10min，反应结束后自然冷却，得到表面洁净的铼掺杂二硫化钼薄膜。
图9是本实施例制备得到的铼掺杂二硫化钼薄膜的检测结果，其中，a是光学形貌图，b是原子显微图，c和d是拉曼谱，参考图9，在铼掺杂二硫化钼薄膜中，由于铼掺杂引发的局域2H相向1T’相转变，使得其拉曼图谱中除了包含如实施例2～3的二硫化钼特征峰外还具有单独的二硫化铼特征峰。
综合上述实施例可以看出，本申请所提供的制备方法通过双面金属源供给策略结合化学气相沉积方法，在衬底内部提供过渡金属源，而在衬底表面提供异质金属源，过渡金属源由衬底中扩散至表面并析出从而和表面的异质金属源结合，并与硫族元素源发生化学气相沉积反应，其中异质金属源和过渡金属源与硫族元素源之间具有不同的结合能，导致异质金属源与硫族元素源的结合能势垒较高，而过渡金属源与硫族元素源的结合能势垒较低，在这种情况下，过渡金属源与硫族元素源形成片层状的晶体材料，而异质金属源以晶格取代掺杂的方式进入过渡金属硫族化合物的晶格中，从而可以通过该方法制备得到表面洁净的各类掺杂型过渡金属硫族化合物薄膜。这些掺杂型过渡金属硫族化合物薄膜具有优异的光学、电学等性能，在电子器件、光学器件、光电器件、化学生物传感器或电化学催化剂等领域具有广泛的应用前景。
上面结合实施例对本申请作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (9)

1.掺杂型过渡金属硫族化合物薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底，所述衬底的内部具有过渡金属源，所述衬底的表面具有异质金属源；
将硫族元素源与所述衬底接触，在保护性气氛中加热处理，发生化学气相沉积反应，得到掺杂型过渡金属硫族化合物薄膜；
其中，所述过渡金属源为钼源、钨源中的任一种；所述异质金属源选自钒源、铁源、铬源、铼源、铌源、锰源、钴源、镧源中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫族元素源为硫源、硒源、碲源中的任一种。
3.根据权利要求1至2任一项所述的制备方法，其特征在于，所述异质金属源与过渡金属源的摩尔比为(1～100)：1。
4.根据权利要求1至2任一项所述的制备方法，其特征在于，所述衬底为钠钙玻璃衬底。
5.根据权利要求1至2任一项所述的制备方法，其特征在于，所述加热处理的温度设置为200～1000℃。
6.根据权利要求1至2任一项所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积反应的生长压力设置为0.05～1000Torr。
7.根据权利要求1至2任一项所述的制备方法，其特征在于，所述衬底的制备方法如下：
提供第一衬底和第二衬底，将所述过渡金属源涂覆于层叠设置的所述第一衬底和所述第二衬底之间，形成夹层；
在所述夹层的表面涂覆所述异质金属源，得到所述衬底。
8.掺杂型过渡金属硫族化合物薄膜，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述的制备方法制得。
9.权利要求8所述的掺杂型过渡金属硫族化合物薄膜在电子器件、光学器件、光电器件、化学生物传感器或电化学催化器件中的应用。
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