[发明专利]一种通过构造一维超结构来调制二维材料能带结构的方法

说明书

本发明公开了一种通过构造一维超结构来调制二维材料能带结构的方法，所述方法包括以下步骤：1)将金箔在管式炉中950～1000℃退火8～10小时，确保金箔表面产生Au(001)重构；2)将退火处理后的金箔送入高温管式炉中，采用化学气相沉积法在Au(001)基底上生长二维材料，借助Au(001)基底具有独特的一维条状超结构使得二维材料也表现出一维条状超结构，达到调制二维材料能带结构的结果。该调制方法简便易操作。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体地，本发明涉及一种通过构造一维超结构来调制二维材料能带结构的方法。

背景技术

以石墨烯为代表的一众二维材料都以其突破常识的优异光电性能极大地激发了人们以他们为基础探索更高性能的光电器件的热情。在光电器件领域，材料的能带结构是至关重要的因素，直接影响器件的性能。然而由于石墨烯天生的零带隙的特点，用其制作的场效应晶体管几乎没有开关比，由此，研究人员的探索分向两边，一边是探索能否有方法使得石墨烯能被调制出一个一定宽度的带隙，一边是探索其他的二维材料同时具备高的电子迁移率和一定宽度的带隙。

目前调制石墨烯能带结构的方法主要有以下几种：将石墨烯氧化制备氧化石墨烯，由此方法制备的石墨烯由于含氧官能团的存在破坏了石墨烯原本完美的蜂窝状晶体结构，因此迁移率大大下降；将石墨烯切割，制作成石墨烯纳米带，石墨烯纳米带具有可以根据带宽变化的带隙，然而制备方法繁琐难以控制，很难制备同一宽度的石墨烯纳米带；对石墨烯进行化学掺杂，例如氮掺石墨烯，由于氮原子通过缺陷位点的方式加入到石墨烯的晶格结构中去，也破坏了石墨烯的完美的蜂窝型结构，也会降低石墨烯的迁移率。

目前找到能有潜力替代石墨烯的二维材料以单层二硫化钼为代表，单层二硫化钼具有2.2电子伏左右的直接带隙，但是关键在于制备场效应晶体管时，二硫化钼与金属的肖特基接触电阻太大，大大降低了器件的迁移率等性能。如何将肖特基接触转变为电阻较小的欧姆接触是提升二硫化膜器件迁移率的关键，而转变的关键就是要控制二硫化钼的费米能级位置。因此如何调制二硫化钼的费米能级对二硫化钼的光电器件的应用有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过构造一维超结构来调制二维材料能带结构的方法，该调制方法简便易操作。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种通过构造一维超结构来调制二维材料能带结构的方法，所述方法包括以下步骤：

1)将金箔在管式炉中950～1000℃退火8～10小时，确保金箔表面产生Au(001)重构；

2)将退火处理后的金箔送入高温管式炉中，采用化学气相沉积法在Au(001)基底上生长二维材料，借助Au(001)基底具有独特的一维条状超结构使得二维材料也表现出一维条状超结构，达到调制二维材料能带结构的结果。

优选地，所述二维材料为石墨烯或单层二硫化钼。

当二维材料为石墨烯时，采用化学气相沉积法在Au(001)基底上生长石墨烯的具体方法包括以下步骤：

I)将退火处理后的金箔送入高温管式炉中，用40min将腔体内温度升至950℃，腔体内压强为常压；

II)向反应腔内通入200sccm Ar和30sccm H2，待气流平稳后向反应腔内通入1.2～1.5sccm甲烷开始在Au(001)基底上生长石墨烯的生长过程，生长时间为60分钟；

III)石墨烯生长结束后，关闭甲烷，温度降至室温后关闭Ar/H2，即得到能带结构经过调制的石墨烯。

优选地，所述步骤II)中，甲烷为1.2sccm。