一种制备AA堆垛双层过渡金属硫族化物薄膜的方法

本发明属于材料制备，具体涉及一种制备aa堆垛双层过渡金属硫族化物薄膜的方法。

背景技术：

1、过渡金属硫族化合物(tmd)是继石墨烯之后一种新型的二维材料，相比石墨烯具有更多优点和奇特性质。目前制备单层tmd的研究比较成熟，但双层或多层tmd的制备仍有广阔的发展空间。

2、现有普通的气相沉积工艺制备双层tmd时，由于tmd本身的热力学性质，在生长过程中形成aa堆垛和ab堆垛的能量大致相等，且系统都倾向于向能量最低的状态变化，所以上下两层tmd形成aa堆垛和ab堆垛的概率也大致相等，从而难以制备得到单一堆垛方式的双层tmd薄膜。但是，单一堆垛方式的双层tmd薄膜比起非单一堆垛方式的双层tmd薄膜，其光学、电学等性质具备更显著的优势，同时，如果不能实现单一堆垛方式的双层tmd薄膜的制备，就无法进一步外延生长出双层单晶。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的在于提供一种制备aa堆垛双层过渡金属硫族化物薄膜的方法，可以获得性能优异的全aa堆垛双层tmd薄膜，而且有利于进一步得到双层单晶tmd。

2、本发明采取的技术方案如下：

3、一种制备aa堆垛双层过渡金属硫族化物薄膜的方法，其特征在于，采用化学气相沉积法，在气相沉积过程中调控双层过渡金属硫族化物的晶畴在衬底表面跨越台阶成核，然后生长为aa堆垛双层过渡金属硫族化物薄膜。

4、本发明的方法利用衬底表面的台阶打破衬底表面晶格的对称性，在气相沉积过程中调控tmd晶畴在台阶处跨越台阶成核，使上下两层tmd只有一个相同生长方向的能量最低，因此制得两层tmd的取向都是一样的，形成aa堆垛。经实验结果验证，此方法使双层tmd晶畴aa堆垛的概率达到99％以上。

5、本发明制得的全aa堆垛的双层tmd薄膜相较于非单一堆垛方式的双层tmd薄膜，其光学、电学等性质具备更显著的优势。

6、在本发明实现制备全aa堆垛双层tmd成核的基础上，通过进一步的外延生长，双层tmd晶畴继续长大并拼接成膜，可以得到连续的aa堆垛双层薄膜。

7、更优地，所述方法包括如下步骤：

8、s1.将硫粉或硒粉放置于cvd管式炉内的第一温区，将过渡金属氧化物和氯化钠的混合物放置于所述cvd管式炉内的第二温区；

9、s2.在惰性气氛中，从0min至第40min期间，将所述cvd管式炉内的第二温区加热至550-650℃，将第三温区加热至900℃，而从第20min至第40min期间将所述第二温区加热至160℃，从第40min起所述第一温区、第二温区和第三温区进行保温；

10、s3.在第40min时将表面分布有原子台阶的蓝宝石衬底放入所述第三温区，在第50min时将所述蓝宝石衬底从所述第三温区取出，自然冷却至室温之后，得到生长在所述蓝宝石衬底上的aa堆垛双层过渡金属硫族化物薄膜。

11、所述方法的气相沉积过程利用特定的温度条件，实现调控晶畴在台阶处跨越台阶成核，特别是在最后的步骤s3中才将蓝宝石衬底放入第三温区进行生长沉积，这一小段时间窗口可以让全部晶畴在台阶处跨过台阶边缘成核，提升形成aa堆垛的概率。

12、更优地，所述过渡金属氧化物为三氧化钨或三氧化钼。

13、更优地，所述硫粉或硒粉、过渡金属氧化物、氯化钠的质量比为20-25:6:1。

14、更优地，步骤s2和步骤s3中，往所述cvd管式炉内持续通入氩气，或持续通入氩气和氢气。

15、更优地，步骤s2和步骤s3中，往所述cvd管式炉内持续通入体积比为10:1的氩气和氢气。

16、更优地，步骤s1中，将所述蓝宝石衬底放置于所述cvd管式炉内的非加热区内，所述非加热区相邻于所述第三温区；

17、步骤s3中，在第40min时将所述蓝宝石衬底从所述非加热区推入所述第三温区，在第50min时将所述蓝宝石衬底从所述第三温区拉出至所述非加热区，并关闭所述cvd管式炉的加热电源，使所述蓝宝石衬底随炉自然冷却至室温。

18、本发明还提供所述方法制得的aa堆垛双层过渡金属硫族化物薄膜。

19、为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

技术特征：

1.一种制备aa堆垛双层过渡金属硫族化物薄膜的方法，其特征在于，采用化学气相沉积法，在气相沉积过程中调控双层过渡金属硫族化物的晶畴在衬底表面跨越台阶成核，然后生长为aa堆垛双层过渡金属硫族化物薄膜。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述过渡金属氧化物为三氧化钨或三氧化钼。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述硫粉或硒粉、过渡金属氧化物、氯化钠的质量比为20-25:6:1。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤s2和步骤s3中，往所述cvd管式炉内持续通入氩气，或持续通入氩气和氢气。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤s2和步骤s3中，往所述cvd管式炉内持续通入体积比为10:1的氩气和氢气。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤s1中，将所述蓝宝石衬底放置于所述cvd管式炉内的非加热区内，所述非加热区相邻于所述第三温区；

8.权利要求1-7任一项所述方法制得的aa堆垛双层过渡金属硫族化物薄膜。

技术总结
本发明涉及一种制备AA堆垛双层过渡金属硫族化物薄膜的方法，该方法采用化学气相沉积法，在气相沉积过程中调控双层过渡金属硫族化物的晶畴在衬底表面跨越台阶成核，然后生长为AA堆垛双层过渡金属硫族化物薄膜。本发明还涉及所述方法制得的AA堆垛双层过渡金属硫族化物薄膜。本发明所述方法可以获得性能优异的全AA堆垛双层TMD薄膜，而且有利于进一步得到双层单晶TMD。

技术研发人员：徐小志,李伟轩
受保护的技术使用者：华南师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8