[发明专利]过渡金属硫属化合物与氮化硼或石墨烯异质结的制备方法有效

专利信息
申请号: 201710196517.6 申请日: 2017-03-29
公开(公告)号: CN108666358B 公开(公告)日: 2020-11-03
发明(设计)人: 傅强;董爱义;包信和 申请(专利权)人: 中国科学院大连化学物理研究所
主分类号: H01L29/06 分类号: H01L29/06;H01L29/20;H01L29/16;H01L29/267
代理公司: 沈阳科苑专利商标代理有限公司 21002 代理人: 马驰
地址: 116023 *** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 过渡 金属 化合物 氮化 石墨 烯异质结 制备 方法
【说明书】:

发明涉及一种过渡金属硫属化合物与氮化硼或石墨烯异质结的制备方法,包括:1)真空环境下,在过渡金属衬底上生长氮化硼或石墨烯;2)利用物理气相沉积的方法将硒沉积到氮化硼或石墨烯表面上;3)退火处理使得表面硒插层到氮化硼或石墨烯结构以下并与金属衬底表面反应形成层状过渡金属硫属化合物;4)最终形成氮化硼(或石墨烯)/过渡金属硫属化合物的异质结构。这种自上而下的两维材料异质结制备方法,简单易行,结构易于控制,可以扩展到其他的硫属元素,并适用于所有过渡金属硫属化合物与氮化硼或石墨烯异质结的制备,为后续电子器件的制备和研究奠定了良好的基础。

技术领域

本发明涉及一种过渡金属硫属化合物与氮化硼或石墨烯异质结的制备方法,属于纳米材料技术领域。

背景技术

两维原子晶体由于其独特的物理化学性质,而得到广泛的关注,它是一种层内以共价键,层间以范德华力相连的材料。其中最典型的有石墨烯、氮化硼以及两维过渡金属硫属化合物。石墨烯有着独特的电子结构:导带与价带交于费米能级处的一点,载流子可以看做无质量的狄拉克费米子。石墨烯具有较高的电子迁移率、高透光性等,使其在微电子器件、高性能电池、透明导电膜等领域有重要的应用。但石墨烯也有致命的缺点:电子结构中缺少带隙。氮化硼具有很宽的带隙,较大的机械强度以及化学稳定性,是一种电介质,可以用在纳米电子器件领域。两维过渡金属硫属化合物是一个成员多样的大家族,有着丰富的电学、光学、热学性质,比如铁硒化合物,二硒化铌等就表现出了超导、莫特变换等一系列奇特的低温现象。为了充分发挥和利用不同两维材料之间各自的优点,近年来越来越多的研究开始致力于堆垛型两维材料异质结的制备。异质结结构在纳米电子学、信息科学、发光器件、生物标记、太阳能电池、气体传感等领域都有着广阔的应用前景。

目前制备异质结的方法主要有两种,剥离法以及化学气相沉积法。剥离法所得二维材料尺寸小、缺陷多、层数不可控、比较耗时。化学气相沉积法是在一种两维材料表面生长另外一种二维材料的方法,比如在过渡金属硫属化合物表面生长氮化硼(石墨烯),首先要求作为基底的过渡金属硫属化合物具有解离硼源(如环硼氮烷)以及碳源(如乙烯、甲烷)的能力,这就对过渡金属硫属化合物表面的规整度以及化学活性要求很高,生长出来的氮化硼(石墨烯)通常缺陷多,形貌不可控。加之很多过渡金属硫属化合物表面生长不出氮化硼或石墨烯,这极大地限制了这种化学气相沉积法在异质结结构制备中的应用。

因此,如何提供一种获得高质量的过渡金属硫属化合物与氮化硼(石墨烯)异质结的新型、普适的制备方法,成为本领域研究人员亟待解决的一个重要问题。本发明利用硫属元素插层氮化硼或石墨烯的方法,成功制备出了过渡金属硫属化合物与氮化硼或石墨烯的异质结,这种方法简单易行,适用范围广,目前尚未有人报道。

发明内容

本发明技术解决问题:克服现有技术的不足,提供一种过渡金属硫属化合物与氮化硼或石墨烯异质结的制备方法,这种自上而下的两维材料异质结制备方法,简单易行,结构易于控制,可以扩展到其他的硫属元素,并适用于所有过渡金属硫属化合物与氮化硼或石墨烯异质结的制备,为后续电子器件的制备和研究奠定了良好的基础。

本发明技术解决方案:如图1所示,本发明一种过渡金属硫属化合物与氮化硼或石墨烯异质结的制备方法,是一种依靠硫属元素插层的自上而下的化学生长方法,包括如下步骤:

(1)真空环境下,在过渡金属衬底表面上生长氮化硼或石墨烯结构;所述氮化硼由环硼氮烷或氨硼烷分解制得;

(2)利用物理气相沉积的方法将硫属元素蒸发到氮化硼或石墨烯表面上;

(3)退火处理使得氮化硼或石墨烯表面上的硫属元素插层到氮化硼或石墨烯和过渡金属衬底之间;

(4)插层的硫属元素与过渡金属衬底表面反应形成层状的过渡金属硫属元素化合物,并形成过渡金属硫属化合物与氮化硼或石墨烯的异质结。

所述步骤(1)中,所述过渡金属衬底包括Ru、Pt、Ni、Ir、Rh或Fe金属的单晶及薄膜,优选Ru、Pt。

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