CN114335211A - 一种复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料包括：基底；形成在所述基底上的六方氮化硼层；以及设置在所述六方氮化硼层上的至少部分覆盖所述六方氮化硼层的单层二硫化钨层，其中，所述单层二硫化钨层与所述六方氮化硼层形成异质结。本发明首次提出将六方氮化硼和单层二硫化钨结合形成异质结来调控单层二硫化钨的载流子寿命，且本发明提供的复合材料可以明显延长单层二硫化钨的载流子寿命。
Description
技术领域
本发明涉及光电子材料技术领域。更具体地，涉及一种复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
二硫化钨(WS2)的天然矿物为辉钨矿，在自然界中较为稀少，主要通过化学方法制取；因其具有抗辐射性和良好的热稳定性及化学稳定性，因此，被视为优良的半导体材料。而层状结构的二硫化钨还具有在可见光范围具有宽的带隙且带隙可随厚度变化、较高的载流子迁移率等特点，其中，单层二硫化钨除具备传统层状二硫化钨的特点外，其自身还具有更大的吸收系数，激子束缚能高达数百毫电子伏特等多个优异特性，使其成为光电器件领域中的重点研究材料，但是单层二硫化钨的载流子寿命较短，这严重限制其在光电器件领域的实用价值。
氮化硼是宽带隙半导体材料，载流子浓度低，电阻率高，具有高的热导率和高化学稳定性，并可以实现n型和p型掺杂，在光电子器件应用领域前景广阔，而载流子寿命是光电器件中最基本的性能指标参数之一，并对其性能有着重要的影响。
本发明首次提出利用六方氮化硼调控单层硫化钨中载流子寿命，为实现基于单层二硫化钨的光电器件功能多样化奠定基础。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种复合材料。
本发明的第二个目的在于提供一种复合材料的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供一种复合材料的应用。
本发明的第四个目的在于提供一种光电器件。
为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：
第一方面，本发明提供了一种复合材料。所述复合材料包括：
基底；
形成在所述基底上的六方氮化硼层；以及设置在所述六方氮化硼层上的至少部分覆盖所述六方氮化硼层的单层二硫化钨层，其中，所述单层二硫化钨层与所述六方氮化硼层形成异质结。
进一步，所述六方氮化硼层的厚度为10纳米-100微米。
进一步，所述基底为硅、二氧化硅、云母中的一种或其叠层。
第二方面，本发明提供一种上述复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)通过机械剥离法获得单层二硫化钨和所需厚度的六方氮化硼；
2)通过干转移法将六方氮化硼转移到基底上，形成所述六方氮化硼层，再通过干转移法将单层二硫化钨转移到所述六方氮化硼层上，使六方氮化硼层和单层二硫化钨至少部分重叠形成异质结。
第三方面，本发明提供一种上述复合材料在制备光电器件领域中的应用。
第四方面，本发明提供一种包括上述复合材料的光电器件。
进一步，所述光电器件包括：发光二极管、激光二极管、光电探测器、雪崩光电二极管、共基共射开关、晶体管、整流器和晶闸管、高电子迁移率晶体管、金属半导体场效应晶体管、金属氧化物场效应晶体管、功率金属氧化物半导体场效应晶体管、功率金属绝缘体半导体场效应晶体管、双极结晶体管、金属绝缘体场效应晶体管、异质结双极晶体管、功率绝缘栅双极晶体管、功率垂直结场效应晶体管、红外光电探测器或其组合，其中，所述复合材料构成所述光电器件中的异质结。
另外，如无特殊说明，本发明中所用原料均可通过市售商购获得，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
本发明的有益效果如下：
本发明首次提出将六方氮化硼和单层二硫化钨结合形成异质结用以调控单层二硫化钨的载流子寿命，且本发明提供的复合材料明显延长了单层二硫化钨的载流子寿命。
本发明提供的复合材料的制备方法，工艺简单，成本低，可大规模生产，具有广阔的应用前景。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出实施例1制得的复合材料的结构示意图。
图2示出实施例1制得的复合材料与对比例1制得的单层二硫化钨纳米片的PL光谱对比图
图3示出利用飞秒激光泵浦-探测系统获得的实施例1制得复合材料与对比例1制得的单层的二硫化钨纳米片的差分反射信号对比图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
一种复合材料，其制备方法包括如下步骤：
首先，利用机械剥离法制备出厚度约95nm的六方氮化硼(hBN)纳米片及单层二硫化钨(WS2)，然后通过显微操作转移平台先将六方氮化硼纳米片转移到Si/SiO2(300nm)基底上，随后以同样方法转移单层二硫化钨到六方氮化硼纳米片上，使其与基底上六方氮化硼充分接触形成异质结构，即得复合材料，其结构示意图如图1所示)。
实施例2
一种包含实施例1制得的复合材料的光电器件，所述光电器件包括：发光二极管、激光二极管、光电探测器、雪崩光电二极管、共基共射开关、晶体管、整流器和晶闸管、高电子迁移率晶体管、金属半导体场效应晶体管、金属氧化物场效应晶体管、功率金属氧化物半导体场效应晶体管、功率金属绝缘体半导体场效应晶体管、双极结晶体管、金属绝缘体场效应晶体管、异质结双极晶体管、功率绝缘栅双极晶体管、功率垂直结场效应晶体管、红外光电探测器或其组合，其中，所述复合材料构成所述光电器件中的异质结。
对比例1
一种单层二硫化钨纳米片，其制备方法包括如下步骤：
首先，利用机械剥离法制备出单层二硫化钨，然后通过显微操作转移平台将单层二硫化钨转移到Si/SiO2(300nm)基底上，即得。
性能测试
以532nm连续激光作为激发光源，通过光谱仪分别测试实施例1和对比例1制得的产品的PL光谱，其结果如图2所示。
以飞秒激光泵浦-探测系统分别测试并拟合实施例1和对比例1制得的产品对系统中探测光的差分反射信号，其结果如图3所示。
由图2可知，实施例1的复合材料和对比例1的单层二硫化钨纳米片的PL光谱相比，其实施例1的复合材料的PL光谱线宽明显变窄。
由图3可知，对比例1制得的单层二硫化钨纳米片的载流子寿命约为24ps，而实施例1的复合材料的载流子寿命延长至约48ps，说明六方氮化硼对单层二硫化钨的载流子寿命存在一定的调控作用。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (7)
1.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料包括：
基底；
形成在所述基底上的六方氮化硼层；以及设置在所述六方氮化硼层上的至少部分覆盖所述六方氮化硼层的单层二硫化钨层，其中，所述单层二硫化钨层与所述六方氮化硼层形成异质结。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述六方氮化硼层的厚度为10纳米-100微米。
3.根据权利要求1所复合材料，其特征在于，所述基底为硅、二氧化硅、云母中的一种或其叠层。
4.一种如权利要求1-3任一所述的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)通过机械剥离法获得单层二硫化钨和所需厚度的六方氮化硼；
2)通过干转移法将六方氮化硼转移到基底上，形成所述六方氮化硼层，再通过干转移法将单层二硫化钨转移到所述六方氮化硼层上，使六方氮化硼层和单层二硫化钨至少部分重叠形成异质结。
5.一种如权利要求1-3任一所述的复合材料在制备光电器件领域中的应用。
6.一种光电器件，其特征在于，包括如权利要求1-3任一所述的复合材料。
7.根据权利要求6所述的光电器件，其特征在于，所述光电器件包括：发光二极管、激光二极管、光电探测器、雪崩光电二极管、共基共射开关、晶体管、整流器和晶闸管、高电子迁移率晶体管、金属半导体场效应晶体管、金属氧化物场效应晶体管、功率金属氧化物半导体场效应晶体管、功率金属绝缘体半导体场效应晶体管、双极结晶体管、金属绝缘体场效应晶体管、异质结双极晶体管、功率绝缘栅双极晶体管、功率垂直结场效应晶体管、红外光电探测器或其组合，其中，所述复合材料构成所述光电器件中的异质结。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| MITSUHIRO OKADA ET AL.: ""Direct chemical vapor deposition growth of WS2 atomic layers on hexagonal boron nitride"", 《ACS NANO》, vol. 8, pages 8273 - 8277 * |
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