一种可转移的二硫化钨薄膜及其制备方法与应用

本发明属于材料制备，具体涉及一种可转移的二硫化钨薄膜及其制备方法与应用。

背景技术：

1、二硫化钨，化学元素符号是ws2，具有石墨烯相似的层状结构，有合适的带隙、良好的环境稳定性、优良的电学和光学特性，是一种新型半导体材料。利用其厚度和尺寸可改变材料光学和电学性能，主要用途为光电探测器，内存设备，晶体管，微处理器，也用于发光器件。

2、可转移的薄膜是指通过物理或者化学方法与基片分离的薄膜，可转移薄膜可通过转移技术，在与其他材料复合方面具备优势。目前湿化学转移技术大多采用hf/nh4f混合溶液进行转移，但该法腐蚀氧化层速度过快需要精准控制刻蚀时间，否则容易导致薄膜转移失败；其次，hf溶液具有较高的腐蚀性、毒性以及环境污染性，后续废液处理较为繁杂。因此，本技术选择用氢氧化钠缓慢刻蚀法，以确保薄膜的完整性同时减少化学污染。

3、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种可转移的二硫化钨薄膜的制备方法，该方法简单便捷，成本低廉，能够制备得到可转移的均匀连续大面积的二硫化钨薄膜。

2、本发明的目的之二在于提供一种由上述制备方法制备得到的可转移的二硫化钨薄膜。

3、本发明的目的之三在于提供一种上述可转移二硫化钨薄膜的运用。

4、本发明提供了一种可转移二硫化钨薄膜的制备方法，包括：

5、0.75-1.5wt％的四硫代钨酸铵溶液与0.05-0.1g聚乙烯醇混合，采用匀胶机旋涂方式于衬底表面旋涂，制成四硫代钨酸铵薄膜，干燥备用；

6、将干燥后的四硫代钨酸铵薄膜先在h2/ar气体下热处理，随后在ar气氛下硫化处理，还原成二硫化钨薄膜；

7、得到的二硫化钨薄膜通过湿化学方法使二硫化钨薄膜与基片分离。

8、进一步地，所述四硫代钨酸铵溶液由如下方法制得：

9、称取0.075-0.125g固体四硫代钨酸铵，加入10ml去离子水，即得。

10、进一步地，所述旋涂机的旋涂低速转速为500rpm，时间为12s；旋涂高速转速为：3000rpm-6000rpm，时间10-60s；

11、干燥条件为：120℃下处理30min。

12、进一步地，所述二硫化钨薄膜制备前，还包括：

13、对衬底进行清洗和干燥：将衬底放入20ml食人鱼溶液中，加热至120℃后浸泡30min；再依次用去离子水和无水乙醇冲洗数次，随后用洗耳球吹净衬底水渍备用。

14、进一步地，所述衬底为sio2/si基片，si基片表面有一层280nm的氧化层；

15、二硫化钨薄膜沉积于sio2/si的氧化层。

16、进一步地，所述h2/ar气体下热处理温度为500℃，并保温1h；

17、所述ar气氛下硫化处理温度为800-900℃并保温30min。

18、本发明还公开了一种根据上述任一制备方法制得的可转移二硫化钨薄膜。

19、本发明还公开了一种根据上述的可转移二硫化钨薄膜在光电子器件制造中的应用。

20、进一步地，所述光电子器件包括但不限于：太阳能电池、生物传感器、场效应晶体管和光纤激光器。

21、本发明的有益效果在于：

22、本发明通过以特定的旋涂以及高温热解工艺条件在衬底表面制备二硫化钨薄膜，在通过湿化学方法进行转移，可制备得到在可转移于衬底进行转移的二硫化钨薄膜，该方法具有简单便捷，成本低廉的显著优点，并且可以转移至其他基片上。由此得到的可转移的二硫化钨薄膜具有连续均匀、平整致密、结晶质量好，且厚度较薄(约为4nm)、面积较大，电阻约为3×10-6ω，二硫化钨薄膜层数少(约为5-6层)，可用于制备光电产品等。

技术特征：

1.一种可转移二硫化钨薄膜的制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其中：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其中：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其中：

7.一种根据权利要求1～6所述任一制备方法制得的可转移二硫化钨薄膜。

8.一种根据权利要求7所述的可转移二硫化钨薄膜在光电子器件制造中的应用。

9.根据权利要求8所述的运用，其中：

技术总结
本发明公开了一种可以转移的二硫化钨薄膜及其制备方法与应用，属于制备技术领域。0.75‑1.5wt％的四硫代钨酸铵溶液与0.05‑0.1g聚乙烯醇混合，采用匀胶机旋涂方式于衬底表面旋涂，制成四硫代钨酸铵薄膜，干燥备用；将干燥后的四硫代钨酸铵薄膜先在H<subgt;2</subgt;/Ar气体下热处理，随后在Ar气氛下硫化处理，还原成二硫化钨薄膜；得到的二硫化钨薄膜通过湿化学方法使二硫化钨薄膜与基片分离。本发明的制备方法简单便捷、成本廉价，可以制备得到可转移至其他衬底上的二硫化钨薄膜。该可转移的二硫化钨薄膜表面连续均匀且面积较大，结晶质量好，电阻约为3×10<supgt;‑6</supgt;Ω，二硫化钨薄膜层数少(约为5‑6层)，厚度薄(约为4nm)，可用于制备光电器件等。

技术研发人员：符亚军,林鑫,蒋玉苹,郭佳兴,曹林洪,温建武
受保护的技术使用者：西南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8