CN115323483A - 基于分子束外延的二维层状过渡金属硫化物的制备方法 - Google Patents

基于分子束外延的二维层状过渡金属硫化物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本公开的实施例公开了基于分子束外延的二维层状过渡金属硫化物的制备方法。该方法的一具体实施方式包括：在GaAs衬底上钝化硫原子，以生成S/GaAs衬底；将S/GaAs衬底置入高真空腔进行退火处理，以生成去除浮硫的S/GaAs衬底；在分子束外延生长腔内，通过电子束蒸发源或热蒸发源，在去除浮硫的S/GaAs衬底上进行过渡金属硫化物生长，以生成生长厚度为单原子层的过渡金属硫化物材料。该实施方式可以制备出单原子层的、良好的、全覆盖、均匀的二维层状过渡金属硫化物薄膜。

Description

基于分子束外延的二维层状过渡金属硫化物的制备方法
技术领域
本公开的实施例涉及材料制备领域，具体涉及基于分子束外延的二维层状过渡金属硫化物的制备方法。
背景技术
随着现代信息社会的发展，人们对半导体芯片的需求和要求也越来越高，传统的半导体材料(如，砷化镓，硅)等材料已经不能满足现代电子器件的需求。
目前，在电子器件、无线通讯、医疗、工业自动化、太阳能电池等高新技术领域，过渡金属硫化物已经逐步成为技术发展的重点。此外，近些年在物理学、电子学、化学、生物学、仿生学等研究领域，过渡金属硫化物也是重点的研究材料。
此外，二维材料，因其电子运动被限制在两个维度以内，即二维平面内，因此，载流子(电荷载子)的迁移和热量扩散也被限制在二维平面内。这种限制给二维材料带来了许多特殊的特性：
(1)二维材料的能带可以被调控。由此，二维材料在场效应晶体管，光电器件和热电偶等领域具有极大潜力。
(2)单原子层二维材料的自旋自由度和谷自由度具有可控性。单原子层二维材料的能带能由直接带隙，转变为多层二维材料的间接带隙。由此，单原子层二维材料在自旋电子学和谷电子学领域是重点的研究材料。
(3)二维材料具有多种原子结构。由此，使得二维材料产生了许多特殊的电学特性和光学特性，如，光学各向异性，电导率各向异性和热导率各向异性等。
(4)二维材料由于其电子在二维平面内运动，所以与传统材料相比，载流子移动具有耗损低的天然优势，是半导体器件的理想材料。
因此，制备出单原子层二维层状过渡金属硫化物成为了各个领域的研究重点。
目前，在进行二维层状过渡金属硫化物制备时，通常采用的方式为：首先，依靠化学气相沉积，脉冲激光沉积，原子层沉积等技术制备较厚的块状的过渡金属硫化物然后，通过机械剥离的方式，对块状的过渡金属硫化物进行剥离，以生成二维层状过渡金属硫化物。
然而，当采用上述方式时，经常会存在如下技术问题：
首先，采用上述方式制备方式无法保证制备得到的二维层状过渡金属硫化物为单原子层二维层状过渡金属硫化物。其次，上述方式制备得到的二维层状过渡金属硫化物的质量较差。此外，制备得到的二维层状过渡金属硫化物尺寸较小(微米级)，无法应用于大规模的工业生产。
发明内容
本公开的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本公开的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。
本公开的一些实施例提出了基于分子束外延的二维层状过渡金属硫化物的制备方法，来解决以上背景技术部分提到的技术问题，包括：在GaAs衬底上钝化硫原子，以生成S/GaAs衬底；将上述S/GaAs衬底置入高真空腔进行退火处理，以生成去除浮硫的S/GaAs衬底；在分子束外延生长腔内，通过电子束蒸发源或热蒸发源，在上述去除浮硫的S/GaAs衬底上进行过渡金属硫化物生长，以生成生长厚度为单原子层的过渡金属硫化物材料。
本公开具有如下有益效果：
通过本公开的二维层状过渡金属硫化物的制备方法，可以制备出单原子层的、良好的、全覆盖、均匀的(homogeneous)的二维层状过渡金属硫化物薄膜。
附图说明
结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。
图1是根据本公开的基于分子束外延的二维层状过渡金属硫化物的制备方法的一些实施例的流程图；
图2是去除浮硫的S/GaAs衬底上的单层CoS2薄膜的示意图；
图3是去除浮硫的S/GaAs衬底上的单层CoS2薄膜的又一示意图；
图4是反射式高能电子衍射装置的监测图；
图5是针对CoS2样品的SEM图像；
图6是针对CoS2样品的TEM横截面图像；
图7是S和Co的X射线电子能谱图；
图8是针对PtS2样品的SEM图像。
具体实施方式
在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本申请实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本申请中上述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本申请公开的内容。
除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本申请中其它未特别注明的试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常采用的实验方法和技术手段。
本公开所用的术语“基本”和“大约”用于描述小的波动。例如，它们可以是指小于或等于±5％，如小于或等于±2％，如小于或等于±1％，如小于或等于±0.5％，如小于或等于±0.2％，如小于或等于±0.1％，如小于或等于±0.05％。浓度、量和其它数值数据在本文中可以以范围格式表示或呈现。这样的范围格式仅为方便和简要起见使用，因此应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的所有独立的数值或子范围。例如，“1～5％”的数值范围应被解释为不仅包括1％至5％的明确列举的值，还包括在所示范围内的独立值和子范围。因此，在这一数值范围中包括独立值，如2％、3.5％和4％，和子范围，如1％～3％、2％～4％和3％～5％等。这一原理同样适用于仅列举一个数值的范围。此外，无论该范围的宽度或上述特征如何，这样的解释都适用。
在本公开，包括权利要求书中，所有连接词，如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”等被理解为是开放性的，即是指“包括但不限于”。只有连接词“由……构成”和“由……组成”是封闭连接词。
为了更好的说明本申请内容，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在实施例中，对于本领域技术人员熟知的一些方法、手段、仪器、设备等未作详细描述，以便凸显本申请的主旨。在不冲突的前提下，本申请实施例公开的技术特征可以任意组合，得到的技术方案属于本申请实施例公开的内容。
下面结合附图对本发明作详细的描述。
图1是本公开的一些实施例的基于分子束外延的二维层状过渡金属硫化物的制备方法的流程图100，其中，包括以下步骤：
步骤101，在GaAs衬底上钝化硫原子，以生成S/GaAs衬底。
在一些实施例中，在GaAs衬底上钝化硫原子，以生成S/GaAs衬底。其中，本申请中采用GaAs(111)B衬底。其中，GaAs(111)B衬底单面抛光。GaAs(111)B衬底的长宽均为10毫米，厚度为0.5毫米。
其中，GaAs单晶材料从[111]方向观测时，可以观测到GaAs单晶材料是由一系类的Ga原子层和As原子层堆叠起来的，且每一个原子层均为(111)面。其中，在原子层面，从Ga原子到向邻的As原子的方向为[111]方向。在原子层面，从As原子到向邻的Ga原子的方向为[-1-1-1]方向。其中，Ga原子层为(111)面，简称为Ga面或(111)A面。As原子层为(-1-1-1)面，简称As面或(111)B面。当GaAs表面以Ga原子层结尾时，称为GaAs(111)A。当GaAs表面以As原子层结尾时，称为GaAs(111)B。
在GaAs衬底上钝化硫原子，其中，硫原子和GaAs表面原子之间会形成化合键，这种结构会使得硫原子稳定的与GaAs表面结合，由于硫原子覆盖在GaAs表面，从而提高了GaAs的抗氧化能力。
在一些实施例一些可选的实现方式中，在GaAs衬底上钝化硫原子，以生成S/GaAs衬底，可以包括以下步骤：
第一步，在60度的温度下，将上述GaAs衬底浸泡在过硫化铵溶剂中1小时。
其中，过硫化铵溶剂通过以下步骤生成：
在体积为20毫升、质量分数为20％的硫化铵溶剂中，置入3克硫粉，以生成上述过硫化铵溶剂。
第二步，响应于浸泡完毕，通过去离子水对浸泡后的GaAs衬底进行清洗，以及通过氮气对清洗后的GaAs衬底进行干燥，以生成上述S/GaAs衬底。
在一些实施例的一些可选的实现方式中，在GaAs衬底上钝化硫原子，以生成S/GaAs衬底之前，上述方法还包括：
第一步，将单面抛光的初始GaAs衬底置入C6H6O溶剂、进行时长为5分钟的一次超声波清洁处理。
其中，C6H6O溶剂为丙酮溶剂。
第二步，响应于一次超声波清洁处理完毕，将一次超声波清洁处理后的GaAs衬底置入C3H8O溶剂，进行时长为5分钟的二次超声波清洁处理。
其中，C3H8O溶剂为异丙酮溶剂。
第三步，响应于二次超声波清洁处理完毕，将二次超声波清洁处理后的GaAs衬底置入混合溶剂进行时长为45秒的三次超声波清洁处理。
其中，混合溶剂包括：H2SO4、H2O2和H2O。混合溶剂包括的H2SO4、H2O2和H2O的体积比例为4:1:1。
第四步，响应于三次超声波清洁处理完毕，将三次超声波清洁处理后的GaAs衬底置入去离子水中进行溶剂清除处理，以清洗掉上述三次超声波清洁处理后的GaAs衬底表面吸附的溶剂。
其中，上述去离子水为超纯水。
第五步，在高真空腔内对溶剂清除处理后的GaAs衬底进行退火处理，以生成GaAs衬底。
其中，在高真空腔内以480度的加热温度，通过加热灯丝对上述溶剂清除处理后的GaAs衬底进行时长为45分钟的退火处理，以生成上述GaAs衬底。高真空腔内的压力值为10-10毫巴量级。
可选地，在对溶剂清除处理后的GaAs衬底进行退火处理之前，首先，可以以183度的温度，对溶剂清除处理后的GaAs衬底进行烘干。然后，将烘干后的、对溶剂清除处理后的GaAs衬底置入分子束外延设备(MBE，Molecular Beam Epitaxy)的样品准备室内，当样品准备室的压力值达到为10-10毫巴量级时，将烘干后的、对溶剂清除处理后的GaAs衬底置入高真空腔内。
步骤102，将S/GaAs衬底置入高真空腔进行退火处理，以生成去除浮硫的S/GaAs衬底。
在一些实施例中，将S/GaAs衬底置入高真空腔进行退火处理，以生成去除浮硫的S/GaAs衬底。
在一些实施例的一些可选的实现方式中，将S/GaAs衬底置入高真空腔进行退火处理，以生成去除浮硫的S/GaAs衬底，可以包括：
在高真空腔内以180度的退火温度，对上述S/GaAs衬底进行时长为20分钟的退火处理，以生成上述去除浮硫的S/GaAs衬底。
其中，高真空腔内的压力值为10-10毫巴量级。
步骤103，在分子束外延生长腔内，通过电子束蒸发源或热蒸发源，在去除浮硫的S/GaAs衬底上进行过渡金属硫化物生长，以生成生长厚度为单原子层的过渡金属硫化物材料。
在一些实施例中，在分子束外延生长腔内，通过电子束蒸发源或热蒸发源，在去除浮硫的S/GaAs衬底上进行过渡金属硫化物生长，以生成生长厚度为单原子层的过渡金属硫化物材料。
其中，分子束外延设备(MBE，Molecular Beam Epitaxy)由英国Bostech公司生产。电子束蒸发源为E-beam电子束蒸发源。热蒸发源为K-cell蒸发源。
在一些实施例的一些可选的实现方式中，上述在分子束外延生长腔内，通过电子束蒸发源或热蒸发源，在去除浮硫的S/GaAs衬底上进行过渡金属硫化物生长，以生成生长厚度为单原子层的过渡金属硫化物材料，可以包括以下步骤：
第一步，在分子束外延生长腔内，通过电子束蒸发源或热蒸发源，保持去除浮硫的S/GaAs衬底的衬底温度，以及在去除浮硫的S/GaAs衬底上进行过渡金属硫化物生长。
作为示例，当过渡金属硫化物材料为CoS2时，去除浮硫的S/GaAs衬底的衬底温度为180度。
作为又一示例，当过渡金属硫化物材料为PtS2时，去除浮硫的S/GaAs衬底的衬底温度为260度。
第二步，响应于生成到过渡金属硫化物对应的生长时间，对去除浮硫的S/GaAs衬底和去除浮硫的S/GaAs衬底上的过渡金属硫化物进行退火处理，以生成生长厚度为单原子层的过渡金属硫化物材料。
其中，退火处理的退火温度和退火时长与过渡金属硫化物对应。
作为示例，当过渡金属硫化物材料为CoS2时，过渡金属硫化物CoS2对应的生成时间为55秒。对应的退火处理时的退火温度为380度。退火时长为1小时。
作为又一示例，当过渡金属硫化物材料为PtS2时，过渡金属硫化物PtS2对应的生长时间为72分钟。实践中，单层Pt(2.78埃)的生成时间为40分钟。对应的退火温度为480度。退火时长为1小时(60分钟)。
在一些实施例的一些可选的实现方式中，在上述去除浮硫的S/GaAs衬底上进行过渡金属硫化物生长时，通过石英晶体振荡器，进行沉积速率定标。其中，石英晶体振荡器用于定标各束源炉的沉积速率和蒸发温度之间的关系。
在一些实施例的一些可选的实现方式中，响应于确定金属硫化物为非耐氧化材料，在上述金属硫化物表面生成3纳米的AI作为覆盖层，以对上述金属硫化物进行保护。
作为示例，如图2所示的去除浮硫的S/GaAs衬底上的单层CoS2薄膜的示意图，其中，去除浮硫的S/GaAs衬底201上覆盖有单层大面积的层状二维材料CoS2外延薄膜202。
作为又一示例，如图3所示的去除浮硫的S/GaAs衬底上的单层CoS2薄膜的又一示意图，其中，去除浮硫的S/GaAs衬底201上覆盖有单层大面积的层状二维材料CoS2外延薄膜202。层状二维材料CoS2外延薄膜202上覆盖有3纳米的AI覆盖层203。
在一些实施例的一些可选的实现方式中，在上述去除浮硫的S/GaAs衬底上进行过渡金属硫化物生长时，通过反射式高能电子衍射装置(RHEED，Reflection High EnergyElectron Diffraction)对金属硫化物的生成情况进行实时监测。通过反射式高能电子衍射装置实时监测生长过程中的过渡金属硫化物材料的晶体结构和薄膜质量。
在一些实施例的一些可选的实现方式中，响应于过渡金属硫化物材料生长完成后，通过SEM(扫描电子显微镜，Scanning Electron Microscope)监测生成的过渡金属硫化物材料的表面覆盖率，以保证过渡金属硫化物材料100％的覆盖率。
在一些实施例的一些可选的实现方式中，响应于过渡金属硫化物材料生长完成后，通过TEM(投射电子显微镜，Transmission Electron Microscope)在原子尺度上监测生成的过渡金属硫化物材料横截面的薄膜质量和厚度，以确保过渡金属硫化物材料的厚度为单原子层。
在一些实施例的一些可选的实现方式中，在上述去除浮硫的S/GaAs衬底上进行过渡金属硫化物生长时，去除浮硫的S/GaAs衬底的温度应维持在180度。
在一些实施例的一些可选的实现方式中，后退火处理时，去除浮硫的S/GaAs衬底的温度应维持在380度。
以下结合具体实施例对技术细节进行进一步说明。
实施例1：针对大面积层状单晶二维材料CoS2薄膜的制备
在GaAs衬底上钝化硫原子，以生成S/GaAs衬底时，由于钝化速度和过硫化铵溶剂的溶剂温度存在依赖关系，因此，需要对过硫化铵溶剂的溶剂温度和钝化时间进行精准控制。
其中，Co样品的生长速率为2.5埃/分钟，其中，埃是一种长度计量单位，主要应用于原子直径，化学键长和可见光波长，其全称为埃格斯特朗。此外，一埃等于十分之一纳米。K-cell蒸发源的温度为1400度，稳定性应达到±1度。S/GaAs衬底的温度需升至380度，温度稳定性应达到±0.5度。对于E-beam电子束蒸发源，尖端放电时的温度应达到1800度，温度稳定性应达到±1度。
在60度的温度下，在GaAs衬底上钝化硫原子，以生成S/GaAs衬底时，过硫化铵溶剂由浅黄色逐渐变为褐色，原因为：过硫化铵溶剂挥发性导致。在钝化完成后，S/GaAs衬底上会出现呈斑状或带状的白色残留物，其中，白色残留物为位于GaAs构成化学键的硫单质，硫单质在真空中易挥发。因此，在钝化完成后，需在180度的条件下，对上述S/GaAs衬底进行退火处理，以去除S/GaAs衬底表面的浮硫。在进行Co生长时，首先，去除浮硫的S/GaAs衬底的衬底温度需稳定保持180度，反射式高能电子衍射装置的监测图中，衬底逐渐消失，在55秒后，关闭Co源挡板，停止生成。然后，快速升温后进行退火处理，在380度的退火处理过程中，CoS2薄膜的RHEED图像逐渐清晰。接着，在得到清晰的CoS2单晶RHEED图像后，保持380度的温度1小时，CoS2会之间形成大面积的单层单晶薄膜。
作为示例，如图4所示的反射式高能电子衍射装置的监测图，其中，图4包含的左上角的子图A为GaAs衬底的监测图。图4包含的右上角的子图B为生成55秒的Co样品的监测图。图4包含的左下角的子图C为后退火处理后的CoS2的表面的监测图，方向为[0-1-1]。图4包含的右下角的子图D为后退火处理后的CoS2的表面的监测图，方向为[-211]。
作为又一示例，如图5所示的针对CoS2样品的SEM图像，其中，图5包含的左侧的子图A为CoS2样品表面的大面积图像，其中，基准比例尺为200微米。图5包含的右侧的子图B为CoS2样品表面的细节图像，其中，基准比例尺为2微米。
作为再一示例，如图6所示的针对CoS2样品的TEM横截面图像，其中，单层CoS2薄膜的厚度为0.47纳米。
作为再一示例，如图7所示的S和Co的X射线电子能谱图，其中，图7包含的左侧的子图A示出了S的2s轨道的X射线电子能谱图。图7包含的右侧的子图B示出了Co的2P轨道的X射线电子能谱图。其中，S的2s轨道的结合能的峰值为226.4eV(电子伏特)。Co的2P轨道的结合能的峰值为778.6eV和793.4eV。其中，S的2s轨道的结合能的峰值和Co的2P轨道的结合能的峰值符合CoS2的特征。
实施例2：针对大面积层状单晶二维材料PtS2薄膜的制备
大面积层状单晶二维材料PtS2薄膜的制备方式与大面积层状单晶二维材料CoS2薄膜的制备流程一致。
可选地，大面积层状单晶二维材料MnS2薄膜的制备方式与大面积层状单晶二维材料PtS2薄膜的制备方式一致。
其中，由于Pt的升华点较高，因此，采用E-beam电子束蒸发源蒸发。在10-4托(Torr)压强下，Pt的升华点为：1492度至1747度之间。E-beam电子束蒸发源包括电流源和高压电源。其中，电流源提供的电流为4.1安(A)。高压电源提供的电压为980伏(V)。铂棒尖端的发射电流为：32.3毫安(mA)至33毫安之间。铂棒尖端提供的功率为：31.7瓦(W)至32.3瓦之间。
当5埃的Pt在去除浮硫的S/GaAs衬底上生长，且在RHEED图像中完全消失时，生长时间为72分钟。单层Pt(2.78埃)的生成时间为40分钟。其中，去除浮硫的S/GaAs衬底温度为260度。响应于单层Pt生长完成，在480度的温度下，进行时长为60分钟的退火处理。由于PtS2具有很强的抗氧化性，因此，无需如CoS2，在Pt表面覆盖覆盖层。
作为一示例，如图8所示的针对PtS2样品的SEM图像，其中，图8包含的左上角子图A示出了去除浮硫的S/GaAs衬底和PtS2之间的边界，其中，基准比例尺为200微米。图8包含的右上角子图B示出了PtS2样品表面的细节图像，其中，基准比例尺为100纳米。图8包含的右下角子图C示出了PtS2样品表面的细节图像，其中，基准比例尺为2微米。图8包含的右下角子图D示出了PtS2样品表面的细节图像，其中，基准比例尺为200微米。
以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种基于分子束外延的二维层状过渡金属硫化物的制备方法，包括：
在GaAs衬底上钝化硫原子，以生成S/GaAs衬底；
将所述S/GaAs衬底置入高真空腔进行退火处理，以生成去除浮硫的S/GaAs衬底；
在分子束外延生长腔内，通过电子束蒸发源或热蒸发源，在所述去除浮硫的S/GaAs衬底上进行过渡金属硫化物生长，以生成生长厚度为单原子层的过渡金属硫化物材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述在GaAs衬底上钝化硫原子，以生成S/GaAs衬底之前，所述方法还包括：
将单面抛光的初始GaAs衬底置入C6H6O溶剂、进行时长为5分钟的一次超声波清洁处理；
响应于一次超声波清洁处理完毕，将一次超声波清洁处理后的GaAs衬底置入C3H8O溶剂，进行时长为5分钟的二次超声波清洁处理；
响应于二次超声波清洁处理完毕，将二次超声波清洁处理后的GaAs衬底置入混合溶剂进行时长为45秒的三次超声波清洁处理，其中，所述混合溶剂包括：H2SO4、H2O2和H2O，所述混合溶剂包括的H2SO4、H2O2和H2O的体积比例为4:1:1；
响应于三次超声波清洁处理完毕，将三次超声波清洁处理后的GaAs衬底置入去离子水中进行溶剂清除处理，以清洗掉所述三次超声波清洁处理后的GaAs衬底表面吸附的溶剂；
在高真空腔内对溶剂清除处理后的GaAs衬底进行退火处理，以生成GaAs衬底。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述在高真空腔内对溶剂清除处理后的GaAs衬底进行退火处理，以生成GaAs衬底，包括：
在高真空腔内以480度的加热温度，通过加热灯丝对所述溶剂清除处理后的GaAs衬底进行时长为45分钟的退火处理，以生成所述GaAs衬底。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述在GaAs衬底上钝化硫原子，以生成S/GaAs衬底，包括：
在60度的温度下，将所述GaAs衬底浸泡在过硫化铵溶剂中1小时；
响应于浸泡完毕，通过去离子水对浸泡后的GaAs衬底进行清洗，以及通过氮气对清洗后的GaAs衬底进行干燥，以生成所述S/GaAs衬底。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述将所述S/GaAs衬底置入高真空腔进行退火处理，以生成去除浮硫的S/GaAs衬底，包括：
在高真空腔内以180度的退火温度，对所述S/GaAs衬底进行时长为20分钟的退火处理，以生成所述去除浮硫的S/GaAs衬底。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述过硫化铵溶剂通过以下步骤生成：
在体积为20毫升、质量分数为20％的硫化铵溶剂中，置入3克硫粉，以生成所述过硫化铵溶剂。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述在分子束外延生长腔内，通过电子束蒸发源或热蒸发源，在所述去除浮硫的S/GaAs衬底上进行过渡金属硫化物生长，以生成生长厚度为单原子层的过渡金属硫化物材料之前，所述方法还包括：
响应于确定金属硫化物为非耐氧化材料，在所述金属硫化物表面生成3纳米的AI作为覆盖层，以对所述金属硫化物进行保护。
8.根据权利要求1-7之一所述的方法，其中，所述高真空腔内的压力值为10-10毫巴量级。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述在分子束外延生长腔内，通过电子束蒸发源或热蒸发源，在所述去除浮硫的S/GaAs衬底上进行过渡金属硫化物生长，以生成生长厚度为单原子层的过渡金属硫化物材料，包括：
在所述去除浮硫的S/GaAs衬底上进行过渡金属硫化物生长时，通过反射式高能电子衍射装置对金属硫化物的生成情况进行实时监测。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述在分子束外延生长腔内，通过电子束蒸发源或热蒸发源，在所述去除浮硫的S/GaAs衬底上进行过渡金属硫化物生长，以生成生长厚度为单原子层的过渡金属硫化物材料，包括：
在所述去除浮硫的S/GaAs衬底上进行过渡金属硫化物生长时，通过石英晶体振荡器，进行沉积速率定标。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5616947A (en) * 1994-02-01 1997-04-01 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device having an MIS structure
JPH10106961A (ja) * 1996-09-30 1998-04-24 Yupiteru Ind Co Ltd 半導体素子の製造方法
JPH11243253A (ja) * 1998-02-25 1999-09-07 Sony Corp 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の成長方法、半導体装置の製造方法、窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体成長用基板および窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体成長用基板の製造方法
US6252262B1 (en) * 1998-12-15 2001-06-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Metal passivating layer for III-V semiconductors, and improved gate contact for III-V-based metal-insulator-semiconductor (MIS) devices
JP2003086785A (ja) * 2001-09-10 2003-03-20 Sentan Kagaku Gijutsu Incubation Center:Kk 閃亜鉛鉱型ＭｎＡｓドットの作製法
US20150091142A1 (en) * 2013-09-27 2015-04-02 Imec Vzw Layer Deposition on III-V Semiconductors
US20150118834A1 (en) * 2013-10-25 2015-04-30 Sematech, Inc. Sulfur and selenium passivation of semiconductors

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5616947A (en) * 1994-02-01 1997-04-01 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device having an MIS structure
JPH10106961A (ja) * 1996-09-30 1998-04-24 Yupiteru Ind Co Ltd 半導体素子の製造方法
JPH11243253A (ja) * 1998-02-25 1999-09-07 Sony Corp 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の成長方法、半導体装置の製造方法、窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体成長用基板および窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体成長用基板の製造方法
US6252262B1 (en) * 1998-12-15 2001-06-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Metal passivating layer for III-V semiconductors, and improved gate contact for III-V-based metal-insulator-semiconductor (MIS) devices
JP2003086785A (ja) * 2001-09-10 2003-03-20 Sentan Kagaku Gijutsu Incubation Center:Kk 閃亜鉛鉱型ＭｎＡｓドットの作製法
US20150091142A1 (en) * 2013-09-27 2015-04-02 Imec Vzw Layer Deposition on III-V Semiconductors
US20150118834A1 (en) * 2013-10-25 2015-04-30 Sematech, Inc. Sulfur and selenium passivation of semiconductors

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