CN110373718A - 一种二维二硫化钨薄膜的制备方法 - Google Patents

一种二维二硫化钨薄膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二维二硫化钨薄膜的制备方法，该方法采用硫代硫酸钠固体粉末和二硫化钨固体粉末作为前驱物，通过化学气相沉积法合成了WS2二维单分子/多分子层厚度的单晶材料，其中二硫化钨单晶形貌为三角形、六边形或枝形。本发明将硫代硫酸钠应用到CVD法中来制备WS2晶体材料，降低了化学气相沉积法生长二硫化钨二维薄膜的生长温度，薄膜制备重复性好、晶体结晶质量高。制备的WS2单晶为三角形，六边形和枝晶状，薄膜厚度为1～30个分子层厚度。

Description

一种二维二硫化钨薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种二维二硫化钨薄膜的制备方法。
背景技术
二硫化钼(WS2)禁带宽度在可见光范围内，二维二硫化钨(2D WS2)薄膜适用于制备可见光光电探测器等光电器件。二维二硫化钨薄膜通常利用化学气相沉积法制备，比如氧化钨硫化法和二硫化钨高温热处理法。化学气相沉积法制备二硫化钨存在的突出问题是实验重复性差，另外薄膜质量差，如薄膜厚度不均匀，连续性不好，结晶质量差等。为了解决二维二硫化钨薄膜的生长难题，人们进行了大量的研究工作。本专利通过向前驱物二硫化钨中引入化合物，形成低共熔混合物，降低二硫化硫的熔点，增加化学气相沉积***中气相二硫化钨和硫的量，实现二硫化钨二维薄膜的低温、可重复性生长。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种二维二硫化钨薄膜的制备方法。
本专利采用硫代硫酸钠固体粉末和二硫化钨固体粉末作为前驱物，通过化学气相沉积法(CVD)合成了二硫化钨二维薄膜，二硫化钨单晶形貌为三角形、六边形、枝形。
本发明方法以硫代硫酸钠和硫化钨为源，表面生长有氧化层的硅片(SiO2/Si)为基底，采用CVD法在基底表面生长WS2二维多层分子层厚度的单晶材料。
本发明一种二硫化钨单晶的制备方法的具体步骤是：
一种二维二硫化钨薄膜的制备方法，该方法采用硫代硫酸钠固体粉末和二硫化钨固体粉末作为前驱物，通过化学气相沉积法合成了WS2二维单分子/多分子层厚度的单晶材料，其中二硫化钨单晶形貌为三角形、六边形或枝形。
作为优选，该方法具体包括以下步骤：
步骤(1).取硫代硫酸钠固体(Na2S2O3)和WS2固体粉末，硫代硫酸钠与二硫化钨物质的量之比为1:1～5。两者混合后放入石英舟中，之后将装有硫代硫酸钠和WS2固体粉末的石英舟放入电炉中的石英管内。石英舟放置在石英管的中间位置。
步骤(2).将基底用去离子水清洗后氮气吹干，覆盖在石英舟的上面。
步骤(3).开启机械泵抽真空，同时向石英管中输入载气氩氢混合气，其中H2的体积含量为5％，载气流量为100sccm，抽气2～4min后，关闭石英管与机械泵之间的阀门，停止载气的抽出。待石英管内气压升至1个大气压时，关闭载气气流停止向石英管内输入载气；
步骤(4).将石英管升温至450～1000℃，升温速率为20～30℃/min。温度升至450～1000℃后保温，保温时间为10～120min。石英管升温过程中，通过控制石英管与机械泵之间的阀，调节石英管内气压保持在1个大气压。
步骤(5).石英管停止加热，将石英管快速冷却到室温，冷却速率为50～100℃/min，然后取出基底，在基底上获得WS2二维单分子/多层厚度的单晶材料。
作为优选，上述步骤(1)所述WS2为WS2固体粉末，硫代硫酸钠为不含结晶水的硫代硫酸钠或含有结晶水的硫代硫酸钠。
作为优选，步骤(2)所述基底为表面生长有氧化层的硅片、硅片、石英玻璃或蓝宝石。
作为优选，所述的石英管直径为1英寸。
作为优选，所述的基底尺寸为2.5～3.5cm×1.5～2.0cm。
所述石英管替换为刚玉管。
所述石英舟替换为陶瓷坩埚或刚玉舟。
本发明相对于现有技术所具有的效果：本发明将硫代硫酸钠应用到CVD法中来制备WS2晶体材料，降低了化学气相沉积法生长二硫化钨二维薄膜的生长温度，薄膜制备重复性好、晶体结晶质量高。制备的WS2单晶为三角形，六边形和枝晶状，薄膜厚度为1～30个分子层厚度。
具体实施方式
实施例1
步骤(1).取不含结晶水的硫代硫酸钠固体和WS2固体粉末，硫代硫酸钠与二硫化钨物质的量之比为1:1。两者混合后放入石英舟中，之后将装有不含结晶水的硫代硫酸钠和WS2固体粉末的石英舟放入电炉中的石英管内。石英舟放置在石英管的中间位置。
步骤(2).将表面生长有氧化层的硅片基底用去离子水清洗后氮气吹干，覆盖在石英舟的上面。
步骤(3).开启机械泵抽真空，同时向石英管中输入载气氩氢混合气，其中H2的体积含量为5％，载气流量为100sccm，抽气2min后，关闭石英管与机械泵之间的阀门，停止载气的抽出。待石英管内气压升至1个大气压时，关闭载气气流停止向石英管内输入载气；
步骤(4).将石英管升温至450℃，升温速率为20℃/min。温度升至450℃后保温，保温时间为10min。石英管升温过程中，通过控制石英管与机械泵之间的阀，调节石英管内气压保持在1个大气压。
步骤(5).石英管停止加热，将石英管快速冷却到室温，冷却速率为50℃/min，然后取出基底，在基底上获得WS2二维单分子/多层厚度的单晶材料。
实施例2
步骤(1).取含有结晶水的硫代硫酸钠和WS2固体粉末，硫代硫酸钠与二硫化钨物质的量之比为1:3。两者混合后放入刚玉舟中，之后将装有含有结晶水的硫代硫酸钠和WS2固体粉末的刚玉舟放入电炉中的石英管内。刚玉舟放置在石英管的中间位置。
步骤(2).将石英玻璃基底用去离子水清洗后氮气吹干，覆盖在刚玉舟的上面。
步骤(3).开启机械泵抽真空，同时向石英管中输入载气氩氢混合气，其中H2的体积含量为5％，载气流量为100sccm，抽气3min后，关闭石英管与机械泵之间的阀门，停止载气的抽出。待石英管内气压升至1个大气压时，关闭载气气流停止向石英管内输入载气；
步骤(4).将石英管升温至800℃，升温速率为27℃/min。温度升至800℃后保温，保温时间为70min。石英管升温过程中，通过控制石英管与机械泵之间的阀，调节石英管内气压保持在1个大气压。
步骤(5).石英管停止加热，将石英管快速冷却到室温，冷却速率为80℃/min，然后取出基底，在基底上获得WS2二维单分子/多层厚度的单晶材料。
实施例3
步骤(1).取不含结晶水的硫代硫酸钠和WS2固体粉末，不含结晶水的硫代硫酸钠与二硫化钨物质的量之比为1:5。两者混合后放入陶瓷坩埚中，之后将装有硫代硫酸钠和WS2固体粉末的陶瓷坩埚放入电炉中的刚玉管内。陶瓷坩埚放置在刚玉管的中间位置。
步骤(2).将蓝宝石基底用去离子水清洗后氮气吹干，覆盖在陶瓷坩埚的上面。
步骤(3).开启机械泵抽真空，同时向刚玉管中输入载气氩氢混合气，其中H2的体积含量为5％，载气流量为100sccm，抽气4min后，关闭刚玉管与机械泵之间的阀门，停止载气的抽出。待刚玉管内气压升至1个大气压时，关闭载气气流停止向刚玉管内输入载气；
步骤(4).将刚玉管升温至1000℃，升温速率为30℃/min。温度升至1000℃后保温，保温时间为120min。刚玉管升温过程中，通过控制刚玉管与机械泵之间的阀，调节刚玉管内气压保持在1个大气压。
步骤(5).刚玉管停止加热，将刚玉管快速冷却到室温，冷却速率为100℃/min，然后取出基底，在基底上获得WS2二维单分子/多层厚度的单晶材料。
本专利所述方法还可以用来合成硫化钼二维薄膜材料，仅需将硫化钨替换为硫化钼。

Claims (8)

1.一种二维二硫化钨薄膜的制备方法，其特征在于：该方法采用硫代硫酸钠固体粉末和二硫化钨固体粉末作为前驱物，通过化学气相沉积法合成了WS2二维单分子/多分子层厚度的单晶材料，其中二硫化钨单晶形貌为三角形、六边形或枝形。
2.根据权利要求1所述的一种二维二硫化钨薄膜的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
步骤(1).取硫代硫酸钠固体和WS2固体粉末，硫代硫酸钠与二硫化钨物质的量之比为1:1～5；两者混合后放入石英舟中，之后将装有硫代硫酸钠和WS2固体粉末的石英舟放入电炉中的石英管内；石英舟放置在石英管的中间位置；
步骤(2).将基底用去离子水清洗后氮气吹干，覆盖在石英舟的上面；
步骤(3).开启机械泵抽真空，同时向石英管中输入载气氩氢混合气，其中H2的体积含量为5％，载气流量为100sccm，抽气2～4min后，关闭石英管与机械泵之间的阀门，停止载气的抽出；待石英管内气压升至1个大气压时，关闭载气气流停止向石英管内输入载气；
步骤(4).将石英管升温至450～1000℃，升温速率为20～30℃/min；温度升至450～1000℃后保温，保温时间为10～120min；石英管升温过程中，通过控制石英管与机械泵之间的阀，调节石英管内气压保持在1个大气压；
步骤(5).石英管停止加热，将石英管快速冷却到室温，冷却速率为50～100℃/min，然后取出基底，在基底上获得WS2二维单分子/多层厚度的单晶材料。
3.根据权利要求2所述的一种二维二硫化钨薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述基底为表面生长有氧化层的硅片、硅片、石英玻璃或蓝宝石。
4.根据权利要求2所述的一种二维二硫化钨薄膜的制备方法，其特征在于：所述石英管替换为刚玉管。
5.根据权利要求2所述的一种二维二硫化钨薄膜的制备方法，其特征在于：所述石英舟替换为陶瓷坩埚或刚玉舟。
6.根据权利要求2所述的一种二维二硫化钨薄膜的制备方法，其特征在于：所述的石英管直径为1英寸。
7.根据权利要求2所述的一种二维二硫化钨薄膜的制备方法，其特征在于：所述的基底尺寸为2.5～3.5cm×1.5～2.0cm。
8.根据权利要求2所述的一种二维二硫化钨薄膜的制备方法，其特征在于：上述步骤(1)所述的硫代硫酸钠为不含结晶水的硫代硫酸钠或含有结晶水的硫代硫酸钠。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111041449A (zh) * 2019-12-28 2020-04-21 杭州电子科技大学 一种特定形貌二硫化钨的制备方法
CN111422909A (zh) * 2020-04-03 2020-07-17 湖南大学 一种以高熔点硫酸钠为硫源制备过渡金属硫化物的方法
CN112458537A (zh) * 2020-11-13 2021-03-09 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种毫米量级硫化钨单晶的生长方法
CN112695381A (zh) * 2020-12-22 2021-04-23 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种快速生长超薄大尺寸单晶过渡金属硫/硒化物的方法
CN112795898A (zh) * 2020-12-29 2021-05-14 杭州电子科技大学 一种硼、氮共掺杂二硫化钨薄膜的制备方法
CN113322522A (zh) * 2021-06-07 2021-08-31 电子科技大学 一种外延大单畴大面积单层二硫化钨薄膜的制备方法
CN116504895A (zh) * 2023-06-29 2023-07-28 江西兆驰半导体有限公司 发光二极管外延片及其制备方法、led

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103952682A (zh) * 2014-04-22 2014-07-30 中国科学院上海光学精密机械研究所 化学气相沉积生长单层二硫化钼的方法
CN104894530A (zh) * 2015-06-09 2015-09-09 国家纳米科学中心 一种二维过渡金属硫族化物薄膜及其制备方法和应用
CN106811731A (zh) * 2016-11-17 2017-06-09 北京交通大学 一种二硫化钨的可控制备方法
CN106952737A (zh) * 2017-03-02 2017-07-14 中山大学 一种二硫化钨片状纳米材料的制备方法
CN106966371A (zh) * 2017-04-28 2017-07-21 福州大学 一种液相剥离过渡金属二硫属化物纳米片的方法
CN107557754A (zh) * 2017-07-21 2018-01-09 杭州电子科技大学 一种二硫化钨薄膜的制备方法
CN108588673A (zh) * 2017-07-21 2018-09-28 杭州电子科技大学 一种二硫化钼薄膜的制备方法
CN109321242A (zh) * 2018-09-26 2019-02-12 杭州电子科技大学 一种荧光材料的制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103952682A (zh) * 2014-04-22 2014-07-30 中国科学院上海光学精密机械研究所 化学气相沉积生长单层二硫化钼的方法
CN104894530A (zh) * 2015-06-09 2015-09-09 国家纳米科学中心 一种二维过渡金属硫族化物薄膜及其制备方法和应用
CN106811731A (zh) * 2016-11-17 2017-06-09 北京交通大学 一种二硫化钨的可控制备方法
CN106952737A (zh) * 2017-03-02 2017-07-14 中山大学 一种二硫化钨片状纳米材料的制备方法
CN106966371A (zh) * 2017-04-28 2017-07-21 福州大学 一种液相剥离过渡金属二硫属化物纳米片的方法
CN107557754A (zh) * 2017-07-21 2018-01-09 杭州电子科技大学 一种二硫化钨薄膜的制备方法
CN108588673A (zh) * 2017-07-21 2018-09-28 杭州电子科技大学 一种二硫化钼薄膜的制备方法
CN109321242A (zh) * 2018-09-26 2019-02-12 杭州电子科技大学 一种荧光材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YANFEI LV，ET AL.: "Preparation and Photoluminescence of Tungsten Disulfide Monolayer", 《COATINGS》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111041449A (zh) * 2019-12-28 2020-04-21 杭州电子科技大学 一种特定形貌二硫化钨的制备方法
CN111041449B (zh) * 2019-12-28 2021-10-08 杭州电子科技大学 一种特定形貌二硫化钨的制备方法
CN111422909A (zh) * 2020-04-03 2020-07-17 湖南大学 一种以高熔点硫酸钠为硫源制备过渡金属硫化物的方法
CN111422909B (zh) * 2020-04-03 2021-03-19 湖南大学 一种以高熔点硫酸钠为硫源制备过渡金属硫化物的方法
CN112458537A (zh) * 2020-11-13 2021-03-09 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种毫米量级硫化钨单晶的生长方法
CN112695381A (zh) * 2020-12-22 2021-04-23 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种快速生长超薄大尺寸单晶过渡金属硫/硒化物的方法
CN112795898A (zh) * 2020-12-29 2021-05-14 杭州电子科技大学 一种硼、氮共掺杂二硫化钨薄膜的制备方法
CN113322522A (zh) * 2021-06-07 2021-08-31 电子科技大学 一种外延大单畴大面积单层二硫化钨薄膜的制备方法
CN116504895A (zh) * 2023-06-29 2023-07-28 江西兆驰半导体有限公司 发光二极管外延片及其制备方法、led
CN116504895B (zh) * 2023-06-29 2023-09-05 江西兆驰半导体有限公司 发光二极管外延片及其制备方法、led

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