[发明专利]一种二维金属-半导体范德华异质结阵列的合成及其应用

说明书

本发明涉及一种二维(2D)金属‑半导体垂直范德华异质结(vdWH)阵列合成及其电学器件的制备方法，所述的通过激光刻蚀缺陷来诱导成核和生长2DvdWH阵列的方法可以将不同的材料整合到一起，而不需要满足传统vdWH合成中晶格匹配或者加工兼容性的硬性要求。本发明可以高度灵活地集成具有完全不同的化学成分，晶体结构或晶格取向的材料，以实现奇特的电子特性和新颖的器件功能。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及二维金属-半导体范德华异质结阵列、制备及其在电学器件中的应用。

背景技术

二维(2D)过渡金属二硫化物(TMD)，包括2D半导体TMD(s-TMD)，如MoX₂和WX₂(其中X＝S，Se等)及其对应的金属化合物(m-TMD)，如VX₂，NbX₂和TaX₂作为基础研究和新型器件的原子级模块引起了极大的兴趣^1-5。特别是，二维材料的范德瓦尔斯(vdW)集成创造了新一代的范德华异质结构(vdWH)，打破了传统键合异质结构中晶格匹配和工艺兼容性要求所设定的极限⁶。因此，它具有前所未有的灵活性，可将材料与完全不同的化学成分，晶体结构或晶格取向相结合，产生独特的电子和光子特性或其他超出常规材料系统^7-10范围的外来特性，并实现全新的器件功能^11-16。然而，迄今为止，大多数vdWH都是通过复杂的机械剥离再堆叠过程创建的，这显然不适用于实际应用。为了探索vdW集成在电子学中的全部潜力，需要新的鲁棒性的方法来合成各种vdWH阵列，它们具有精确控制的化学成分，电子特性，空间位置和大面积可扩展性^17,18，目前这仍然是该领域的一个巨大挑战。

虽然目前研究者已经在合成2D横向异质结构，多异质结构和超晶格^19-22方面取得了相当大的进展，但是高质量2D vdWH的可控合成这一难题还没有被成功解决。尽管最近有一些关于2D vdWH的vdW外延生长的报道，但是这些异质结的合成大都依赖于随机的成核和生长，可控性非常有限^20,23-26。例如，周期性2D vdWH阵列的可控合成作为可扩展集成的必要步骤，迄今尚未实现。

参考文献

1.Geim,A.K.Grigorieva,I.V.Van der Waals heterostructures.Nature 499,419–425(2013).

2.Novoselov,K.,Mishchenko,A.,Carvalho,A.Neto,A.C.2D materials andvan der Waals heterostructures.Science 353,aac9439(2016).

3.Liu,Y.et al.Van der Waals heterostructures anddevices.Nat.Rev.Mater.1,16042(2016).

4.Jariwala,D.,Marks,T.J.Hersam,M.C.Mixed-dimensional van der Waalsheterostructures.Nat.Mater.16,170–181(2017).

5.Zhou,J.et al.A library of atomically thin metalchalcogenides.Nature 556,355–359(2018).

6.Kang,K.et al.Layer-by-layer assembly of two-dimensional materialsinto wafer-scale heterostructures.Nature 550,229–233(2017).