CN118127482A - 一种快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法 - Google Patents

一种快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN118127482A
CN118127482A CN202211529591.2A CN202211529591A CN118127482A CN 118127482 A CN118127482 A CN 118127482A CN 202211529591 A CN202211529591 A CN 202211529591A CN 118127482 A CN118127482 A CN 118127482A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transition metal
gold foil
metal chalcogenide
area
vapor deposition
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.)
Pending
Application number
CN202211529591.2A
Other languages
English (en)
Inventor
任文才
程荣
徐川
成会明
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.)
Institute of Metal Research of CAS
Original Assignee
Institute of Metal Research of CAS
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 Institute of Metal Research of CAS filed Critical Institute of Metal Research of CAS
Priority to CN202211529591.2A priority Critical patent/CN118127482A/zh
Publication of CN118127482A publication Critical patent/CN118127482A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C23C14/165—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • 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
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
    • C23C16/0281—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating of metallic sub-layers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明涉及新材料领域，具体为一种快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法。该方法在金箔基底上利用物理气相沉积的方式引入过渡金属源，具体包括以下步骤：在高真空或保护气氛下利用物理气相沉积法将所需过渡金属沉积在金箔基底上，随后放入化学气相沉积系统中管式炉内，在保护气氛下升高管式炉温度至生长温度，通入的硫族元素与物理气相沉积引入的过渡金属反应化合，实现快速制备大面积过渡金属硫族化物材料的目的。采用本发明可实现快速制备大面积过渡金属硫族化物材料的目标，为过渡金属硫族化物在纳电子器件、光电子学器件以及自旋电子学器件等领域的应用奠定了基础，并可广泛应用于二维材料薄膜的化学气相沉积法制备领域。

Description

一种快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法
技术领域
本发明涉及利用镀膜法引入过渡金属前驱体，并应用于化学气相沉积过程的技术，具体为一种快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，利用镀膜法将过渡金属前驱体首先沉积至生长基底金箔表面，并利用该含前驱体的基底快速制备大面积过渡金属硫族化物材料。
背景技术
过渡金属硫族化物作为二维材料家族的重要成员之一，其性能优异，结构稳定，在纳电子学器件、电催化、储能、光电子学器件、自旋电子学器件等多个领域均有着广泛的应用前景。化学气相沉积方法是目前制备过渡金属硫族化物单晶及薄膜的常用方法之一，与机械剥离与化学剥离等“自上而下”方法相比，化学气相沉积法具有可控性好、环保、可制备大面积薄膜和可量产的优势，同时相对于原子层沉积和脉冲激光沉积等技术，该方法也有着高效、节能、简便的优势。
尽管如此，目前化学气相沉积法制备过渡金属硫族化物依然存在着困境。主要原因在于过渡金属源(如：MoO3、WO3、VCl3等)的高熔点与低饱和蒸气压导致的源供给不可控，以及化合物源导致的材料缺陷密度高、纯度低等问题，最终阻碍了过渡金属硫族化物在各个领域的进一步应用。因此，开发一种化学气相沉积系统中洁净的过渡金属源，提升其供给的可控性与均匀性，是制备高质量过渡金属硫族化物，并拓展其在多领域中的应用的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，该方法制备过程简单、效率高、易于放大，设备简单、成本低廉，所得的过渡金属硫族化物具有较好的均匀性与生长质量。
本发明的技术方案是：
一种快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，选用金箔作为生长基底，在经过还原性气氛退火的金箔基底上磁控溅射一层厚度0.5～10nm的过渡金属薄膜，置于化学气相沉积系统的石英管中，并进行加热，保温0～2h后通入硫族元素，与过渡金属元素反应进行大面积过渡金属硫族化物材料的生长；所选过渡金属在金中溶解度低、形成稳定硫族化物，通过调整磁控溅射过渡金属薄膜的厚度、生长温度、保护气氛调控生长速度，通过调整过渡金属元素与硫族元素的种类，实现过渡金属硫族化物材料的快速制备。
所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，选用的金箔基底厚度为10～50μm，纯度99.99wt％。
所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，所用金箔在使用前对其进行清洗，依次使用硝酸、NaOH水溶液、去离子水、无水乙醇和丙酮对其进行超声清洗，随后在空气气氛下对金箔进行退火，退火温度1050±20℃。
所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，选取纯度99.999wt％的过渡金属作为磁控溅射靶材，在金箔表面磁控溅射一层厚度为0.5～10nm厚的过渡金属薄膜，作为过渡金属硫族化物制备过程中的过渡金属源。
所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，化学气相沉积过程中，硫族元素源选用气态、液态或固态的硫族化合物或单质，载气气氛为氩气、氢气、氮气中的一种或是两种及以上的混合气，载气流量50～300s.c.c.m。
所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，硫族元素源为硫化氢、硫粉、硫化锌、硒粒、二氧化硒、二氧化硒水溶液、碲粒之一或两种以上。
所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，将磁控溅射过渡金属薄膜的金箔基底放置于化学气相沉积系统中的石英管内，使其位于管式炉加热区中心，将硫族源放置在管式炉加热中心前端距中心5～20cm处；通入流量800～1200s.c.c.m的氩气对化学气相沉积系统气氛环境进行清洗，4～6min后将氩气气氛调整至流量50～300s.c.c.m，升高管式炉温度至750～1000℃。
所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，硫族元素选用硫单质时，开启热台将硫单质加热至150～200℃，保温10～40min后，关闭热台，将氩气流量调整至450～550s.c.c.m，关闭管式炉，随炉冷却。
所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，大面积过渡金属硫族化物材料的快速制备结束后，利用旋涂的方式将高分子聚合物保护层覆盖于其表面对材料进行保护，采用电化学鼓泡或是刻蚀的方法将过渡金属硫族化物转移至目标基底上，随后使用有机溶液去除高分子聚合物保护层，从而得到洁净且具有良好器件加工性的过渡金属硫族化物；使用过的金箔基底通过超声、化学处理以及退火的方式进行清洁，循环重复使用。
所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，高分子聚合物保护层由聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯之一或是两种以上构成，而清洗高分子聚合物保护层所用有机溶剂为卤代烃类、氯代烃类、芳烃类以及酮类之一或两种以上构成。
本发明的设计思想是：
为了解决二维过渡金属硫族化物在化学气相沉积方法中过渡金属源供给的不均匀、不洁净的问题，结合了镀膜法。通过高纯度靶材的应用，利用镀膜法向基底引入洁净且均匀的过渡金属单质，避免了其他元素杂质(氧、氯等)对材料生长质量的影响。同时，直接镀于生长基底表面的过渡金属源无需扩散过程，可直接在基底表面与硫族元素反应，实现过渡金属硫族化物的快速生长。本发明结合了镀膜法引入过渡金属前驱体洁净、均一的特征与化学气相沉积法的高效、高产物质量的优势，实现了大面积二维过渡金属硫族化物的快速制备与高质量制备。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明提出了利用镀膜法供给过渡金属前驱体的方法，将所需过渡金属预先沉积在基底上，克服了传统化学气相沉积制备过渡金属硫族化物中普遍存在的源供给不均匀的问题，有利于制备大面积薄膜。
2、本发明将过渡金属源直接沉积在生长基底上，免去挥发过程，提高了过渡金属硫族化物的生长速度，大幅提高效率。
3、本发明选用高纯靶材(99.999wt％)，溅射高纯过渡金属薄膜，替代过渡金属化合物，提高了所制备材料的生长质量，降低缺陷密度。
4、本发明结合了镀膜法实现了快速制备大面积过渡金属硫族化物材料的制备，在高真空或保护气氛下利用物理气相沉积法将所需过渡金属沉积在金箔基底上，随后放入化学气相沉积系统中管式炉内，在保护气氛下升高管式炉温度至生长温度，通入的硫族元素与物理气相沉积引入的过渡金属反应化合，实现快速制备大面积过渡金属硫族化物材料的目的，有望拓展至过渡金属硫族化物大面积薄膜制备领域。
附图说明
图1为本发明利用镀膜法快速制备大面积过渡金属硫族化物材料的流程示意图。
图2为本发明所使用的化学气相沉积系统示意图。图中，21生长基底，22硫粉，23加热台温控旋钮，24管式炉，25石英管，26气体入口，27气体出口。
图3为本发明所使用的磁控溅射设备示意图。图中，31金箔，32阴极。
图4为本发明所制备的金箔上过渡金属硫族化物光学显微镜照片。图中，41为样品。
图5为本发明制备的过渡金属硫族化物的拉曼光谱。图中，横坐标Raman shift代表拉曼位移(cm-1)，纵坐标Intensity代表强度(a.u.)。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明提供了一种快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法。选用金箔作为生长基底，经过超声清洗和高温下还原性气氛退火的高纯金箔基底上磁控溅射一层厚度0.5～5nm的过渡金属薄膜，并将其作为过渡金属硫族化物生长过程中的过渡金属源，置于化学气相沉积系统的石英管中，并进行加热，保温0～2h后通入硫族元素，硫族元素与过渡金属元素反应进行大面积过渡金属硫族化物材料的生长，实现了过渡金属源的洁净与均匀可控供给，以避免前驱体供给不足且不均匀的问题，减少了杂质的引入。所选过渡金属(如：钼、钨、钴、锆或铪等)具有在金中溶解度低、可形成稳定硫族化物的特点，通过调控沉积的过渡金属薄膜厚度、生长温度、气氛参数等可调控生长质量与生长速度，通过调控磁控溅射过渡金属种类与硫族元素种类，可以实现多种类过渡金属硫族化物的快速制备。
如图2所示，本发明化学气相沉积系统主要包括，位于管式炉中心加热区的生长基底21、用于过渡金属硫化物生长的硫粉22、加热硫粉使其挥发的加热台温控旋钮23、管式炉24、石英管25、气体入口26、气体出口27及气体质量流量控制器(MFC)，石英管25沿水平方向穿设于管式炉24，与管式炉24中心加热区对应的石英管25内设有生长基底21，硫粉22位于石英管25的中心加热区上游的加热台上，通过加热台温控旋钮23控制加热台对硫粉22加热，在气体质量流量控制器(MFC)的作用下，载气从气体入口26处进入管式炉24的石英管25内，从气体出口27排出。
选用的金箔基底厚度为10～50μm，纯度99.99wt％，选用金作为生长基底的原因在于金是唯一不与硫族元素反应的金属，且具有高催化活性。
所用金箔在使用前需对其进行清洗，目的在于去除其表面吸附杂质，提高金箔表面平整度，提升样品生长质量，降低样品转移难度。选用去离子水、乙醇、丙酮等有机溶剂对其进行超声清洗，随后在空气气氛下对金箔进行退火，退火温度1050℃。
选取合适的过渡金属作为磁控溅射靶材(纯度99.999wt％)，在清洗好的金箔表面磁控溅射一层厚度为0.5～10nm厚的薄膜，作为过渡金属硫族化物制备过程中的过渡金属源。
硫族元素源选用气态、液态或固态的硫族化合物或单质：硫化氢、硫粉、硫化锌、硒粒、二氧化硒、二氧化硒水溶液、碲粒之一或两种以上；载气气氛为氩气、氢气、氮气中的一种，或是两种及以上的混合气，载气流量50～300s.c.c.m。
将磁控溅射过渡金属薄膜的金箔基底放置于化学气相沉积系统中的石英管内，使其位于管式炉加热区中心，将硫族源放置在管式炉加热中心前端距中心5～20cm处。通入1000s.c.c.m的氩气对化学气相沉积系统气氛环境进行清洗，5min后将氩气气氛调整至50～300s.c.c.m，升高管式炉温度至750～1000℃，如若硫族元素选用为硫单质，则此时开启热台将硫单质加热至150～200℃，保温10～40min后，关闭热台，将氩气流量调整至500s.c.c.m，关闭管式炉，使样品随炉冷却。
大面积过渡金属硫族化物材料的快速制备结束后，可利用旋涂的方式将高分子聚合物保护层覆盖于其表面对材料进行保护，采用电化学鼓泡或是刻蚀的方法将过渡金属硫族化物转移至目标基底上，随后使用不同类型的有机溶液去除聚合物保护层，从而得到洁净且具有良好器件加工性的过渡金属硫族化物。使用过的金箔基底可以通过超声、化学处理以及退火的方式进行清洁，可循环重复使用。其中，高分子聚合物保护层由聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯之一或是两种以上构成，而清洗聚合物保护层所用有机溶剂为卤代烃类、氯代烃类、芳烃类以及酮类之一或两种以上构成。
下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。
实施例1
如图1所示，本实施例快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，包括如下步骤：
S1：预处理化学气相沉积过程所需金箔衬底
依次使用1mol/L的硝酸、1mol/L的NaOH水溶液、去离子水、无水乙醇和丙酮对金箔基底超声1h，并用氮气枪将其吹干，去除金箔表面的化学残留，金箔的尺寸为厚度20μm、长10mm、宽10mm。随后将经过上述处理的金箔放入化学气相沉积系统管式炉的中心加热区，在空气气氛下进行长时间退火，退火时间为10h，此步骤目的在于进一步去除金箔表面杂质，提升金箔表面平整度。
S2：在洁净的金箔表面沉积过渡金属薄膜
如图3所示，将经过清洗的洁净金箔31固定于磁控溅射样品台，控制样品台以20转/分钟的速度旋转，将高纯钼靶材(纯度99.999wt％)装入阴极32。密封好工作腔体后，打开分子泵，将腔体真空度抽至10-5mbar量级，以保持腔体洁净度。随后通入氩气，控制其流量为50s.c.c.m，以保证腔体工作压强稳定在10-2mbar。溅射过程中使用直流电源，溅射电压600V，溅射电流为50mA，溅射速率为0.2埃/秒，在洁净的金箔基底上沉积0.5nm厚的钼薄膜。溅射结束后，关闭电源，通入氩气，恢复压强为1atm，待基底冷却至室温后将其取出，以防基底在高温下接触空气被氧化。
S3：利用化学气相沉积方法快速制备大面积过渡金属硫族化物材料
如图2所示，将从磁控溅射设备腔体取出的生长基底21放置于化学气相沉积系统中的中心加热区处。将500mg硫粉22放置于中心加热区上游25cm处，并在其下放置一热台。密封石英管后通入1000s.c.c.m的氩气并保持该流量5min以除去管道内气体杂质，随后将氩气流量调整至200s.c.c.m，并保持至生长降温结束。设定管式炉升温程序为：升温至900℃，升温速率40℃/min，随后保温1小时，该保温过程的目的在于使磁控溅射至金箔表面的钼元素均匀在金箔基体中扩散。此时开启热台，旋转温控旋钮23将加热台温度调整至180℃，此时开始二硫化钼的生长。20分钟后，生长阶段结束，关闭管式炉与加热台，保持氩气气氛，使样品随炉冷却至室温。
S4：将获得单晶材料转移至目标衬底
样品冷却至室温后，将其从石英管内取出。利用旋涂仪将4wt％的聚甲基丙烯酸甲酯的乳酸乙酯溶液涂覆在样品表面，转速2000转/分钟，然后放置于120℃的热台上烘烤10min，固化所旋涂的高分子薄膜，使其对样品进行保护。将覆盖有保护膜的样品浸入50℃金刻蚀液中10h，待上层金箔被部分刻蚀后，带有保护层的样品将自然脱落，可转移至所需基底上烘干，并用有机溶剂(丙酮及异丙醇)清洗高分子保护层，得到洁净的二硫化钼晶体。
实施例2
如图1所示，本实施例快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，包括如下步骤：
S1：预处理化学气相沉积过程所需金箔衬底
依次使用1mol/L的硝酸、1mol/L的NaOH水溶液、去离子水、无水乙醇和丙酮对金箔基底超声1h，并用氮气枪将其吹干，去除金箔表面的化学残留，其中与实施例1不同的是，金箔的尺寸为厚度10μm、长10mm、宽10mm。随后将经过上述处理的金箔放入化学气相沉积系统管式炉的中心加热区，在空气气氛下进行长时间退火，退火时间为10h，此步骤目的在于进一步去除金箔表面杂质，提升金箔表面平整度。
S2：在洁净的金箔表面沉积过渡金属薄膜
如图3所示，将经过清洗的洁净金箔31固定于磁控溅射样品台，控制样品台以20转/分钟的速度旋转，将高纯钼靶材(纯度99.999wt％)装入阴极32。密封好工作腔体后，打开分子泵，将腔体真空度抽至10-5mbar量级，以保持腔体洁净度。随后通入氩气，控制其流量为50s.c.c.m，以保证腔体工作压强稳定在10-2mbar。溅射过程中使用直流电源，溅射电压600V，溅射电流为50mA，溅射速率为0.2埃/秒，在洁净的金箔基底上沉积0.5nm厚的钼薄膜。溅射结束后，关闭电源，通入氩气，恢复压强为1atm，待基底冷却至室温后将其取出，以防基底在高温下接触空气被氧化。
S3：利用化学气相沉积方法快速制备大面积过渡金属硫族化物材料
如图2所示，将从磁控溅射设备腔体取出的生长基底21放置于化学气相沉积系统中的中心加热区处。将500mg硫粉22放置于中心加热区上游25cm处，并在其下放置一热台。密封石英管后通入1000s.c.c.m的氩气并保持该流量5min以除去管道内气体杂质，随后将氩气流量调整至200s.c.c.m，并保持至生长降温结束。与实施例1不同的是，设定管式炉升温程序为：升温至850℃，升温速率40℃/min，随后保温半小时，该保温过程的目的在于使磁控溅射至金箔表面的钼元素均匀在金箔基体中扩散。此时开启热台，旋转温控旋钮23将加热台温度调整至180℃，此时开始二硫化钼的生长。20分钟后，生长阶段结束，关闭管式炉与加热台，保持氩气气氛，使样品随炉冷却至室温。
S4：将获得单晶材料转移至目标衬底
样品冷却至室温后，将其从石英管内取出。利用旋涂仪将4wt％的聚甲基丙烯酸甲酯的乳酸乙酯溶液涂覆在样品表面，转速2000转/分钟，然后放置于120℃的热台上烘烤10min，固化所旋涂的高分子薄膜，使其对样品进行保护。将覆盖有保护膜的样品浸入50℃金刻蚀液中10h，待上层金箔被部分刻蚀后，带有保护层的样品将自然脱落，可转移至所需基底上烘干，并用有机溶剂(丙酮及异丙醇)清洗高分子保护层，得到洁净的二硫化钼晶体。
实施例3：
如图1所示，本实施例快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，包括如下步骤：
S1：预处理化学气相沉积过程所需金箔衬底
依次使用1mol/L的硝酸、1mol/L的NaOH水溶液、去离子水、无水乙醇和丙酮对金箔基底超声1h，并用氮气枪将其吹干，去除金箔表面的化学残留，金箔的尺寸为厚度20μm、长10mm、宽10mm。随后将经过上述处理的金箔放入化学气相沉积系统管式炉的中心加热区，在空气气氛下进行长时间退火，退火时间为10h，此步骤目的在于进一步去除金箔表面杂质，提升金箔表面平整度。
S2：在洁净的金箔表面沉积过渡金属薄膜
如图3所示，将经过清洗的洁净金箔31固定于磁控溅射样品台，控制样品台以20转/分钟的速度旋转，将高纯钼靶材(纯度99.999wt％)装入阴极32。密封好工作腔体后，打开分子泵，将腔体真空度抽至10-5mbar量级，以保持腔体洁净度。随后通入氩气，控制其流量为50s.c.c.m，以保证腔体工作压强稳定在10-2mbar。溅射过程中使用直流电源，溅射电压600V，溅射电流为50mA，溅射速率为0.2埃/秒，与实施例1不同的是，在洁净的金箔基底上沉积3nm厚的钼薄膜。溅射结束后，关闭电源，通入氩气，恢复压强为1atm，待基底冷却至室温后将其取出，以防基底在高温下接触空气被氧化。
S3：利用化学气相沉积方法快速制备大面积过渡金属硫族化物材料
如图2所示，将从磁控溅射设备腔体取出的生长基底21放置于化学气相沉积系统中的中心加热区处。将500mg硫粉22放置于中心加热区上游25cm处，并在其下放置一热台。密封石英管后通入1000s.c.c.m的氩气并保持该流量5min以除去管道内气体杂质，随后将氩气流量调整至200s.c.c.m，并保持至生长降温结束。设定管式炉升温程序为：升温至900℃，升温速率40℃/min，随后保温1小时，该保温过程的目的在于使磁控溅射至金箔表面的钼元素均匀在金箔基体中扩散。此时开启热台，旋转温控旋钮23将加热台温度调整至180℃，此时开始二硫化钼的生长。20分钟后，生长阶段结束，关闭管式炉与加热台，保持氩气气氛，使样品随炉冷却至室温。
S4：将获得单晶材料转移至目标衬底
样品冷却至室温后，将其从石英管内取出。利用旋涂仪将4wt％的聚甲基丙烯酸甲酯的乳酸乙酯溶液涂覆在样品表面，转速2000转/分钟，然后放置于120℃的热台上烘烤10min，固化所旋涂的高分子薄膜，使其对样品进行保护。将覆盖有保护膜的样品浸入50℃金刻蚀液中10h，待上层金箔被部分刻蚀后，带有保护层的样品将自然脱落，可转移至所需基底上烘干，并用有机溶剂(丙酮及异丙醇)清洗高分子保护层，得到洁净的二硫化钼晶体。
实施例4
如图1所示，本实施例快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，包括如下步骤：
S1：预处理化学气相沉积过程所需金箔衬底
依次使用1mol/L的硝酸、1mol/L的NaOH水溶液、去离子水、无水乙醇和丙酮对金箔基底超声1h，并用氮气枪将其吹干，去除金箔表面的化学残留，金箔的尺寸为厚度20μm、长10mm、宽10mm。随后将经过上述处理的金箔放入化学气相沉积系统管式炉的中心加热区，在空气气氛下进行长时间退火，退火时间为10h，此步骤目的在于进一步去除金箔表面杂质，提升金箔表面平整度。
S2：在洁净的金箔表面沉积过渡金属薄膜
如图3所示，将经过清洗的洁净金箔31固定于磁控溅射样品台，控制样品台以20转/分钟的速度旋转，与实施例1不同的是，将高纯钨靶材(纯度99.999wt％)装入阴极32。密封好工作腔体后，打开分子泵，将腔体真空度抽至10-5mbar量级，以保持腔体洁净度。随后通入氩气，控制其流量为50s.c.c.m，以保证腔体工作压强稳定在10-2mbar。溅射过程中使用直流电源，溅射电压600V，溅射电流为50mA，溅射速率为0.2埃/秒，在洁净的金箔基底上沉积0.5nm厚的钨薄膜。溅射结束后，关闭电源，通入氩气，恢复压强为1atm，待基底冷却至室温后将其取出，以防基底在高温下接触空气被氧化。
S3：利用化学气相沉积方法快速制备大面积过渡金属硫族化物材料
如图2所示，将从磁控溅射设备腔体取出的生长基底21放置于化学气相沉积系统中的中心加热区处。将500mg硫粉22放置于中心加热区上游25cm处，并在其下放置一热台。密封石英管后通入1000s.c.c.m的氩气并保持该流量5min以除去管道内气体杂质，随后将氩气流量调整至200s.c.c.m，并保持至生长降温结束。与实施例1不同的是，设定管式炉升温程序为：升温至950℃，升温速率40℃/min，随后保温1小时，该保温过程的目的在于使磁控溅射至金箔表面的钨元素均匀在金箔基体中扩散。此时开启热台，旋转温控旋钮23将加热台温度调整至180℃，此时开始二硫化钨的生长。与实施例1不同的是，三十分钟后，生长阶段结束，关闭管式炉与加热台，保持氩气气氛，使样品随炉冷却至室温。
S4：将获得单晶材料转移至目标衬底
样品冷却至室温后，将其从石英管内取出。利用旋涂仪将4wt％的聚甲基丙烯酸甲酯的乳酸乙酯溶液涂覆在样品表面，转速2000转/分钟，然后放置于120℃的热台上烘烤10min，固化所旋涂的高分子薄膜，使其对样品进行保护。将覆盖有保护膜的样品浸入50℃金刻蚀液中10h，待上层金箔被部分刻蚀后，带有保护层的样品将自然脱落，可转移至所需基底上烘干，并用有机溶剂(丙酮及异丙醇)清洗高分子保护层，得到洁净的二硫化钨晶体。
实施例5
如图1所示，本实施例快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，包括如下步骤：
S1：预处理化学气相沉积过程所需金箔衬底
依次使用1mol/L的硝酸、1mol/L的NaOH水溶液、去离子水、无水乙醇和丙酮对金箔基底超声1h，并用氮气枪将其吹干，去除金箔表面的化学残留，与实施例4不同的是，金箔的尺寸为厚度10μm、长10mm、宽10mm。随后将经过上述处理的金箔放入化学气相沉积系统管式炉的中心加热区，在空气气氛下进行长时间退火，退火时间为10h，此步骤目的在于进一步去除金箔表面杂质，提升金箔表面平整度。
S2：在洁净的金箔表面沉积过渡金属薄膜
如图3所示，将经过清洗的洁净金箔31固定于磁控溅射样品台，控制样品台以20转/分钟的速度旋转，将高纯钨靶材(纯度99.999wt％)装入阴极32。密封好工作腔体后，打开分子泵，将腔体真空度抽至10-5mbar量级，以保持腔体洁净度。随后通入氩气，控制其流量为50s.c.c.m，以保证腔体工作压强稳定在10-2mbar。溅射过程中使用直流电源，溅射电压600V，溅射电流为50mA，溅射速率为0.2埃/秒，在洁净的金箔基底上沉积0.5nm厚的钨薄膜。溅射结束后，关闭电源，通入氩气，恢复压强为1atm，待基底冷却至室温后将其取出，以防基底在高温下接触空气被氧化。
S3：利用化学气相沉积方法快速制备大面积过渡金属硫族化物材料
如图2所示，将从磁控溅射设备腔体取出的生长基底21放置于化学气相沉积系统中的中心加热区处。将500mg硫粉22放置于中心加热区上游25cm处，并在其下放置一热台。密封石英管后通入1000s.c.c.m的氩气并保持该流量5min以除去管道内气体杂质，随后将氩气流量调整至200s.c.c.m，并保持至生长降温结束。与实施例4不同的是，设定管式炉升温程序为：升温至950℃，升温速率40℃/min，随后保温半小时，该保温过程的目的在于使磁控溅射至金箔表面的钨元素均匀在金箔基体中扩散。此时开启热台，旋转温控旋钮23将加热台温度调整至180℃，此时开始二硫化钼的生长。三十分钟后，生长阶段结束，关闭管式炉与加热台，保持氩气气氛，使样品随炉冷却至室温。
S4：将获得单晶材料转移至目标衬底
样品冷却至室温后，将其从石英管内取出。利用旋涂仪将4wt％的聚甲基丙烯酸甲酯的乳酸乙酯溶液涂覆在样品表面，转速2000转/分钟，然后放置于120℃的热台上烘烤10min，固化所旋涂的高分子薄膜，使其对样品进行保护。将覆盖有保护膜的样品浸入50℃金刻蚀液中10h，待上层金箔被部分刻蚀后，带有保护层的样品将自然脱落，可转移至所需基底上烘干，并用有机溶剂(丙酮及异丙醇)清洗高分子保护层，得到洁净的二硫化钨晶体。
实施例6
如图1所示，本实施例快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，包括
如下步骤：
S1：预处理化学气相沉积过程所需金箔衬底
依次使用1mol/L的硝酸、1mol/L的NaOH水溶液、去离子水、无水乙醇和丙酮对金箔基底超声1h，并用氮气枪将其吹干，去除金箔表面的化学残留，金箔的尺寸为厚度20μm、长10mm、宽10mm。随后将经过上述处理的金箔放入化学气相沉积系统管式炉的中心加热区，在空气气氛下进行长时间退火，退火时间为10h，此步骤目的在于进一步去除金箔表面杂质，提升金箔表面平整度。
S2：在洁净的金箔表面沉积过渡金属薄膜
如图3所示，将经过清洗的洁净金箔31固定于磁控溅射样品台，控制样品台以20转/分钟的速度旋转，将高纯钨靶材(纯度99.999wt％)装入阴极32。密封好工作腔体后，打开分子泵，将腔体真空度抽至10-5mbar量级，以保持腔体洁净度。随后通入氩气，控制其流量为50s.c.c.m，以保证腔体工作压强稳定在10-2mbar。溅射过程中使用直流电源，溅射电压600V，溅射电流为50mA，溅射速率为0.2埃/秒，与实施例4不同的是，在洁净的金箔基底上沉积3nm厚的钨薄膜。溅射结束后，关闭电源，通入氩气，恢复压强为1atm，待基底冷却至室温后将其取出，以防基底在高温下接触空气被氧化。
S3：利用化学气相沉积方法快速制备大面积过渡金属硫族化物材料
如图2所示，将从磁控溅射设备腔体取出的生长基底21放置于化学气相沉积系统中的中心加热区处。将500mg硫粉22放置于中心加热区上游25cm处，并在其下放置一热台。密封石英管后通入1000s.c.c.m的氩气并保持该流量5min以除去管道内气体杂质，随后将氩气流量调整至200s.c.c.m，并保持至生长降温结束。设定管式炉升温程序为：升温至950℃，升温速率40℃/min，随后保温1小时，该保温过程的目的在于使磁控溅射至金箔表面的钨元素均匀在金箔基体中扩散。此时开启热台，旋转温控旋钮23将加热台温度调整至180℃，此时开始二硫化钨的生长。与实施例1不同的是，三十分钟后，生长阶段结束，关闭管式炉与加热台，保持氩气气氛，使样品随炉冷却至室温。
S4：将获得单晶材料转移至目标衬底
样品冷却至室温后，将其从石英管内取出。利用旋涂仪将4wt％的聚甲基丙烯酸甲酯的乳酸乙酯溶液涂覆在样品表面，转速2000转/分钟，然后放置于120℃的热台上烘烤10min，固化所旋涂的高分子薄膜，使其对样品进行保护。将覆盖有保护膜的样品浸入50℃金刻蚀液中10h，待上层金箔被部分刻蚀后，带有保护层的样品将自然脱落，可转移至所需基底上烘干，并用有机溶剂(丙酮及异丙醇)清洗高分子保护层，得到洁净的二硫化钨晶体。
实施例7
如图1所示，本实施例快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，包括如下步骤：
S1：预处理化学气相沉积过程所需金箔衬底
依次使用1mol/L的硝酸、1mol/L的NaOH水溶液、去离子水、无水乙醇和丙酮对金箔基底超声1h，并用氮气枪将其吹干，去除金箔表面的化学残留，金箔的尺寸为厚度20μm、长10mm、宽10mm。随后将经过上述处理的金箔放入化学气相沉积系统管式炉的中心加热区，在空气气氛下进行长时间退火，退火时间为10h，此步骤目的在于进一步去除金箔表面杂质，提升金箔表面平整度。
S2：在洁净的金箔表面沉积过渡金属薄膜
如图3所示，将经过清洗的洁净金箔31固定于磁控溅射样品台，控制样品台以20转/分钟的速度旋转，将高纯钨靶材(纯度99.999wt％)装入阴极32。密封好工作腔体后，打开分子泵，将腔体真空度抽至10-5mbar量级，以保持腔体洁净度。随后通入氩气，控制其流量为50s.c.c.m，以保证腔体工作压强稳定在10-2mbar。溅射过程中使用直流电源，溅射电压600V，溅射电流为50mA，溅射速率为0.2埃/秒，与实施例4不同的是，在洁净的金箔基底上沉积2nm厚的钨薄膜。溅射结束后，关闭电源，通入氩气，恢复压强为1atm，待基底冷却至室温后将其取出，以防基底在高温下接触空气被氧化。
S3：利用化学气相沉积方法快速制备大面积过渡金属硫族化物材料
如图2所示，将从磁控溅射设备腔体取出的生长基底21放置于化学气相沉积系统中的中心加热区处。与实施例4不同的是，将500mg硫粉22放置于中心加热区上游30cm处，并在其下放置一热台。密封石英管后通入1000s.c.c.m的氩气并保持该流量5min以除去管道内气体杂质，与实施例4不同的是，随后将氩气流量调整至100s.c.c.m，并保持至生长降温结束。设定管式炉升温程序为：升温至950℃，升温速率40℃/min，与实施例4不同的是，随后保温1.5h，该保温过程的目的在于使磁控溅射至金箔表面的钨元素均匀在金箔基体中扩散。与实施例4不同的是，此时开启热台，旋转温控旋钮23将加热台温度调整至200℃，此时开始二硫化钨的生长。与实施例1不同的是，三十分钟后，生长阶段结束，关闭管式炉与加热台，保持氩气气氛，使样品随炉冷却至室温。
S4：将获得单晶材料转移至目标衬底
样品冷却至室温后，将其从石英管内取出。利用旋涂仪将4wt％的聚甲基丙烯酸甲酯的乳酸乙酯溶液涂覆在样品表面，转速2000转/分钟，然后放置于120℃的热台上烘烤10min，固化所旋涂的高分子薄膜，使其对样品进行保护。将覆盖有保护膜的样品浸入50℃金刻蚀液中10h，待上层金箔被部分刻蚀后，带有保护层的样品将自然脱落，可转移至所需基底上烘干，并用有机溶剂(丙酮及异丙醇)清洗高分子保护层，得到洁净的二硫化钨晶体。
实施例8
如图1所示，本实施例快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，包括如下步骤：
S1：预处理化学气相沉积过程所需金箔衬底
依次使用1mol/L的硝酸、1mol/L的NaOH水溶液、去离子水、无水乙醇和丙酮对金箔基底超声1h，并用氮气枪将其吹干，去除金箔表面的化学残留，金箔的尺寸为厚度20μm、长10mm、宽10mm。随后将经过上述处理的金箔放入化学气相沉积系统管式炉的中心加热区，在空气气氛下进行长时间退火，退火时间为10h，此步骤目的在于进一步去除金箔表面杂质，提升金箔表面平整度。
S2：在洁净的金箔表面沉积过渡金属薄膜
如图3所示，将经过清洗的洁净金箔31固定于磁控溅射样品台，控制样品台以20转/分钟的速度旋转，与实施例1不同的是，将高纯钒靶材(纯度99.999wt％)装入阴极32。密封好工作腔体后，打开分子泵，将腔体真空度抽至10-5mbar量级，以保持腔体洁净度。随后通入氩气，控制其流量为50s.c.c.m，以保证腔体工作压强稳定在10-2mbar。溅射过程中使用直流电源，溅射电压600V，溅射电流为50mA，溅射速率为0.2埃/秒，在洁净的金箔基底上沉积0.5nm厚的钒薄膜。溅射结束后，关闭电源，通入氩气，恢复压强为1atm，待基底冷却至室温后将其取出，以防基底在高温下接触空气被氧化。
S3：利用化学气相沉积方法快速制备大面积过渡金属硫族化物材料
如图2所示，将从磁控溅射设备腔体取出的生长基底21放置于化学气相沉积系统中的中心加热区处。将500mg硫粉22放置于中心加热区上游25cm处，并在其下放置一热台。密封石英管后通入1000s.c.c.m的氩气并保持该流量5min以除去管道内气体杂质，随后将氩气流量调整至200s.c.c.m，并保持至生长降温结束。与实施例1不同的是，设定管式炉升温程序为：升温至850℃，升温速率40℃/min，随后保温1小时，该保温过程的目的在于使磁控溅射至金箔表面的钨元素均匀在金箔基体中扩散。此时开启热台，旋转温控旋钮23将加热台温度调整至180℃，此时开始二硫化钼的生长。20分钟后，生长阶段结束，关闭管式炉与加热台，保持氩气气氛，使样品随炉冷却至室温。
S4：将获得单晶材料转移至目标衬底
样品冷却至室温后，将其从石英管内取出。利用旋涂仪将4wt％的聚甲基丙烯酸甲酯的乳酸乙酯溶液涂覆在样品表面，转速2000转/分钟，然后放置于120℃的热台上烘烤10min，固化所旋涂的高分子薄膜，使其对样品进行保护。将覆盖有保护膜的样品浸入50℃金刻蚀液中10h，待上层金箔被部分刻蚀后，带有保护层的样品将自然脱落，可转移至所需基底上烘干，并用有机溶剂(丙酮及异丙醇)清洗高分子保护层，得到洁净的二硫化钒晶体。
实施例9
如图1所示，本实施例快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，包括如下步骤：
S1：预处理化学气相沉积过程所需金箔衬底
依次使用1mol/L的硝酸、1mol/L的NaOH水溶液、去离子水、无水乙醇和丙酮对金箔基底超声1h，并用氮气枪将其吹干，去除金箔表面的化学残留，金箔的尺寸为厚度20μm、长10mm、宽10mm。随后将经过上述处理的金箔放入化学气相沉积系统管式炉的中心加热区，在空气气氛下进行长时间退火，退火时间为10h，此步骤目的在于进一步去除金箔表面杂质，提升金箔表面平整度。
S2：在洁净的金箔表面沉积过渡金属薄膜
与实施例1不同的是，如图3所示，将经过清洗的洁净金箔31固定于分子束外延样品台，控制样品台温度为100℃，装入高纯钼源(纯度99.999wt％)。密封好工作腔体后，将腔体真空度抽至10-10Torr量级，以保持腔体洁净度。沉积速率控制为0.2埃/秒，在洁净的金箔基底上沉积0.5nm厚的钼薄膜。薄膜沉积结束后，待基底冷却至室温后将其取出，以防基底在高温下接触空气被氧化。
S3：利用化学气相沉积方法快速制备大面积过渡金属硫族化物材料
如图2所示，将从工作腔体取出的生长基底21放置于化学气相沉积系统中的中心加热区处。将500mg硫粉22放置于中心加热区上游25cm处，并在其下放置一热台。密封石英管后通入1000s.c.c.m的氩气并保持该流量5min以除去管道内气体杂质，随后将氩气流量调整至200s.c.c.m，并保持至生长降温结束。设定管式炉升温程序为：升温至900℃，升温速率40℃/min，随后保温1小时，该保温过程的目的在于使磁控溅射至金箔表面的钼元素均匀在金箔基体中扩散。此时开启热台，旋转温控旋钮23将加热台温度调整至180℃，此时开始二硫化钼的生长。20分钟后，生长阶段结束，关闭管式炉与加热台，保持氩气气氛，使样品随炉冷却至室温。
S4：将获得单晶材料转移至目标衬底
样品冷却至室温后，将其从石英管内取出。利用旋涂仪将4wt％的聚甲基丙烯酸甲酯的乳酸乙酯溶液涂覆在样品表面，转速2000转/分钟，然后放置于120℃的热台上烘烤10min，固化所旋涂的高分子薄膜，使其对样品进行保护。将覆盖有保护膜的样品浸入50℃金刻蚀液中10h，待上层金箔被部分刻蚀后，带有保护层的样品将自然脱落，可转移至所需基底上烘干，并用有机溶剂(丙酮及异丙醇)清洗高分子保护层，得到洁净的二硫化钼晶体。
如图4所示，从本发明所制备的金箔上过渡金属硫族化物(样品41)光学显微镜照片可以看出，所生长单晶样品衬度均匀，单晶尺寸可达100μm，且可拼接成完整薄膜。
如图5所示，从本发明所制备的过渡金属硫族化物的拉曼光谱可以看出，拉曼特征峰峰位与WS2材料相符，各特征峰形状尖锐，证明样品具有高的结晶质量，且其峰位可证明样品为严格单层。
实施结果表明，本发明在金箔基底上利用物理气相沉积的方式引入过渡金属源，克服了传统过渡金属硫族化物在化学气相沉积过程中存在的过渡金属源挥发难以控制，存在浓度梯度，无法实现均匀大面积薄膜生长的问题，具有更好的灵活性。采用本发明可实现快速制备大面积过渡金属硫族化物材料的目标，为过渡金属硫族化物在纳电子器件、光电子学器件以及自旋电子学器件等领域的应用奠定了基础，并可广泛应用于二维材料薄膜的化学气相沉积法制备领域。

Claims (10)

1.一种快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，其特征在于，选用金箔作为生长基底，在经过还原性气氛退火的金箔基底上磁控溅射一层厚度0.5～10nm的过渡金属薄膜，置于化学气相沉积系统的石英管中，并进行加热，保温0～2h后通入硫族元素，与过渡金属元素反应进行大面积过渡金属硫族化物材料的生长；所选过渡金属在金中溶解度低、形成稳定硫族化物，通过调整磁控溅射过渡金属薄膜的厚度、生长温度、保护气氛调控生长速度，通过调整过渡金属元素与硫族元素的种类，实现过渡金属硫族化物材料的快速制备。
2.按照权利要求1所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，其特征在于，选用的金箔基底厚度为10～50μm，纯度99.99wt％。
3.按照权利要求1所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，其特征在于，所用金箔在使用前对其进行清洗，依次使用硝酸、NaOH水溶液、去离子水、无水乙醇和丙酮对其进行超声清洗，随后在空气气氛下对金箔进行退火，退火温度1050±20℃。
4.按照权利要求1所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，其特征在于，选取纯度99.999wt％的过渡金属作为磁控溅射靶材，在金箔表面磁控溅射一层厚度为0.5～10nm厚的过渡金属薄膜，作为过渡金属硫族化物制备过程中的过渡金属源。
5.按照权利要求1所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，其特征在于，化学气相沉积过程中，硫族元素源选用气态、液态或固态的硫族化合物或单质，载气气氛为氩气、氢气、氮气中的一种或是两种及以上的混合气，载气流量50～300s.c.c.m。
6.按照权利要求5所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，其特征在于，硫族元素源为硫化氢、硫粉、硫化锌、硒粒、二氧化硒、二氧化硒水溶液、碲粒之一或两种以上。
7.按照权利要求1至6之一所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，其特征在于，将磁控溅射过渡金属薄膜的金箔基底放置于化学气相沉积系统中的石英管内，使其位于管式炉加热区中心，将硫族源放置在管式炉加热中心前端距中心5～20cm处；通入流量800～1200s.c.c.m的氩气对化学气相沉积系统气氛环境进行清洗，4～6min后将氩气气氛调整至流量50～300s.c.c.m，升高管式炉温度至750～1000℃。
8.按照权利要求7所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，其特征在于，硫族元素选用硫单质时，开启热台将硫单质加热至150～200℃，保温10～40min后，关闭热台，将氩气流量调整至450～550s.c.c.m，关闭管式炉，随炉冷却。
9.按照权利要求7所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，其特征在于，大面积过渡金属硫族化物材料的快速制备结束后，利用旋涂的方式将高分子聚合物保护层覆盖于其表面对材料进行保护，采用电化学鼓泡或是刻蚀的方法将过渡金属硫族化物转移至目标基底上，随后使用有机溶液去除高分子聚合物保护层，从而得到洁净且具有良好器件加工性的过渡金属硫族化物；使用过的金箔基底通过超声、化学处理以及退火的方式进行清洁，循环重复使用。
10.按照权利要求9所述的快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法，其特征在于，高分子聚合物保护层由聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯之一或是两种以上构成，而清洗高分子聚合物保护层所用有机溶剂为卤代烃类、氯代烃类、芳烃类以及酮类之一或两种以上构成。
CN202211529591.2A 2022-12-01 2022-12-01 一种快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法 Pending CN118127482A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211529591.2A CN118127482A (zh) 2022-12-01 2022-12-01 一种快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211529591.2A CN118127482A (zh) 2022-12-01 2022-12-01 一种快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118127482A true CN118127482A (zh) 2024-06-04

Family

ID=91234742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211529591.2A Pending CN118127482A (zh) 2022-12-01 2022-12-01 一种快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN118127482A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108559972B (zh) 一种基于常压化学气相沉积的大面积单层二硫化钨薄膜的制备方法和产品
CN111349907B (zh) 一种MoS2/WS2垂直异质结的制备方法
JP3835685B2 (ja) 超伝導体二ホウ化マグネシウム薄膜、その製造方法および製造装置
US10253428B2 (en) Local carbon-supply device and method for preparing wafer-level graphene single crystal by local carbon supply
CN107993923B (zh) 一种基于光热效应的可控量子点阵列制备方法
CN107445488B (zh) 一种制备大面积均匀单层过渡金属硫属化合物的方法
US7022181B2 (en) Liquid phase growth process, liquid phase growth system and substrate member production method
CN108314019B (zh) 一种层数均匀的大面积高质量石墨烯薄膜的制备方法
TWI810071B (zh) 金屬化合物薄膜的製備方法
CN111893565A (zh) 一种利用促进剂生长单层二硫化钼或二硒化钼的方法
CN113428845A (zh) 一种二维二碲化钼纳米材料的限域化学气相沉积制备方法
CN111697142A (zh) 一种有机无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法
JP2023549305A (ja) ペロブスカイト層、ペロブスカイト層の製造方法、ペロブスカイト層付き太陽電池及びペロブスカイト層付き太陽電池モジュール
CN111925128A (zh) 一种基于非溶剂全无机Pb基钙钛矿薄膜的制备方法
CN113808919A (zh) 一种mocvd脉冲式生长硒化钨薄膜的制备方法
CN112456452B (zh) 一种二硒化锗纳米材料的制备方法
CN113089088A (zh) 一种二维过渡金属硫族化合物的制备方法
CN118127482A (zh) 一种快速制备大面积二维过渡金属硫族化物材料的方法
CN114220922B (zh) 一种原位钝化热蒸发钙钛矿材料的方法
CN109599470B (zh) 一种降低掺镁氧化锌薄膜电阻率的方法
CN114709137A (zh) 一种WS2/MoS2二维共格异质结网络材料及其制备方法
CN113549897A (zh) 一种形貌可控的单层六方氮化硼生长方法
CN118127481A (zh) 一种液相层表面制备均匀多层钼基过渡金属硫族化物薄膜的方法
GB2482915A (en) Growing Silicon by Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition
CN110607516A (zh) 一种单层或双层二硫化钨薄膜的制备方法

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