[发明专利]一种氧吸附增强单层WS2

说明书

本发明属于二维材料微纳光电集成领域，具体公开了一种氧吸附增强单层WS₂荧光的方法，将WS₂进行物理气相沉积，得到单层WS₂二维材料，随后将其置于含氧气体中处理，从而提高材料的荧光强度。本发明经过深入研究发现，将PVD合成的单层WS₂二维材料进行含氧气氛的处理，有助于实现二维材料的荧光增强。本发明工艺技术简单，调控手段方便，所涉及的物理化学机理清晰，对未来纳米材料的基础研究和光电器件集成应用方面具有极大的潜力和价值。

技术领域

本发明涉及一种氧吸附增强单层WS₂荧光的方法，属于二维材料微纳光电集成领域。

背景技术

带隙覆盖可见光到近红外范围的二维过渡金属硫族化物(TMD)在光电应用方面受到了广泛的关注。单层厚度的TMD由于其直接的带隙和与光的强相互作用而特别引人注目，在二维光发射中有很大的应用前景。

高质量的材料是获得优良性能和高性能器件的前提。目前，研究人员开发了多种制备单层二维过渡金属硫族化物的方法，如机械剥离法(ME)、化学气相沉积法(CVD)和物理气相沉积法(PVD)。相对于机械剥离法，CVD和 PVD法合成的单层TMD面积大、生产率高，但其结构缺陷更多，这将引入独特的表面化学活性，从而极大的影响材料的光电性能。

在现有的研究报道中，CVD合成的单层WS₂的发光不均匀性已经得到了大量的研究，以边缘发光增强现象尤为突出。而且根据合成手段和方法之间的差异，导致这种发光不均匀特性的机理也各有不同。但是，对PVD合成的WS₂发光不均匀性研究还没有报导，更重要的是如何通过简单的实验工艺和技术对这种有利的发光增强现象进行可控调节，为未来光电器件集成应用提供更有优势的纳米材料。

发明内容

本发明目的在于提供一种氧吸附增强单层WS₂荧光的方法，旨在首次实现 PVD合成的单层WS₂二维材料的可控荧光增强。

研究发现，CVD合成的单层WS₂在生长过程中会因化学反应引入其他元素引起不同的结构缺陷导致荧光不均匀，呈现不同的光电性质。包括边缘荧光强度高于中心、明暗相间的荧光条纹和离散对称分布的六边形荧光图案等等，这样严重影响材料的光电集成实际应用。然而，针对PVD合成的单层WS₂二维材料荧光增强手段仍属于行业性空白。针对该技术问题，本发明提供以下解决思路：

一种氧吸附增强单层WS₂荧光的方法：将WS₂进行物理气相沉积，得到单层WS₂二维材料，随后将其置于含氧气体中处理，从而提高材料的荧光强度。

本发明经过深入研究发现，将PVD合成的单层WS₂二维材料进行含氧气氛的处理，有助于实现二维材料的荧光增强。

本发明技术方案，创新地发现PVD合成的单层WS₂二维材料的结构特性和氧之间存在特殊的相互作用，能够基于含氧气体的氧原子化学吸附边缘W原子悬挂键的机制增强边缘荧光强度，并基于含氧气体中的氧原子化学吸附在中心区域S原子空位的机制增强中心区域荧光强度。

本发明中，边缘荧光增强区域的发光由中性激子(A⁰)主导，中心未增强区域的发光由带电激子(A^-)主导。

作为优选，本发明技术方案，可以基于所述的全新的作用机制，使处理后的材料的荧光强度增加的区域由边缘向中心扩散。

本发明中，通过所述的技术方案，基于所述的特殊机制，实现材料的荧光强度增加的区域由边缘不断向中心扩展，从而实现边缘和中心的渐变同步增强。