[发明专利]钒掺杂单层二硫化钨薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种钒掺杂单层二硫化钨薄膜及其制备方法，首先使用蒸镀法，将氧化钨和氧化钒在碳布上蒸成纳米线结构；再使用化学气相沉积法，以Si/SiOsubgt;2/subgt;为衬底，长有氧化钨和氧化钒纳米线的碳布作为钨源和钼源；将碳布放在衬底上，与硫蒸气发生反应，在衬底上制备获得所述的钒掺杂的单层二硫化钨薄膜。本发明通过一步化学气相沉积法实现钒掺杂单层二硫化钨的制备，高温下钒元素能够有效地部分取代钨元素，从而获得钒掺杂的单层二硫化钨。该方法操作简单、成本低、无催化剂且对环境友好。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体而言，涉及一种钒掺杂单层二硫化钨薄膜的制备方法。

背景技术

自从石墨烯被发现以后，其优异的性能引起了人们对二维元素材料的探究兴趣，如过渡金属二硫化物(TMDs) 、黑磷、氮化硼(BN)等。二维层状过渡金属硫属物具有特殊的光电特性、丰富的种类，相比于MoS₂，WS₂具有更宽的层数可调控带隙(1.3~2.1eV)，更强的光物质相互作用和自旋谷耦合现象等物理性质，此外，WS₂在可见光和近红外光谱区有更强的荧光发射，量子效率达到了6%。

不同的TMDCs可以应用在不同的领域，虽然单一的TMDCs 往往在某一方面有着极其优秀的性能，但是无法兼顾更多的特性。在TMDCs中，呈现p型半导体特性的材料寥寥无几，对TMDCs进行掺杂或合金化可以对其带隙进行调控，改变其载流子特性，将部分原有n型特性的半导体材料转变为双极性半导体或是更为少见的p型半导体掺，杂还可以让原有的TMDCs具有更多的物理特性，比如超导、磁性。

因此，对TMDCs进行掺杂及异质结的制备将是今后相当重要的研究方向。但是，目前制备TMDCs的掺杂样品比较困难，实现掺杂样品的可控生长同样是需要解决的一个问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种钒掺杂单层二硫化钨薄膜及其制备方法，该方法操作工艺简单，生长晶体质量好，掺杂均匀，无催化剂影响。

为解决以上技术问题，根据本发明的一个方面，提供一种钒掺杂单层二硫化钨薄膜的制备方法，包括：

步骤一，使用蒸镀法，将钨和氧化钒在碳布上蒸成纳米线结构；

步骤二，使用化学气相沉积法，以Si/SiO₂为衬底，长有氧化钨和氧化钒纳米线的碳布作为钨源和钼源；将碳布放在衬底上，与硫蒸气发生反应，在衬底上制备获得所述的钒掺杂的单层二硫化钨薄膜。

进一步地，所述的步骤一，包括：

步骤一.（1），钨和五氧化二钒粉末均匀平铺到热蒸发装置的钨舟中，将钨舟夹装在铜电极片中间并固定；

步骤一.（2），在钨舟上放置氧化铝陶瓷片，然后将碳布放在陶瓷片上；

步骤一.（3），将热蒸发装置的反应腔抽真空，然后向反应腔中通氩气和氧气，将钨舟的温度加热到1030~1080℃开始保温，保温结束后降温至室温，即获得长有WO_x/VO_x纳米线结构的碳布。

进一步地，所述的步骤二，包括：

步骤二.（1），将清洗过的Si/SiO₂基底的抛光面朝上放置在第一石英舟内，然后将长有WO_x/VO_x纳米线结构的碳布剪裁后放置在基底上，转移至管式炉中，将第一石英舟放置于靠近管式炉热电偶的位置，位于气流的下游段；将装有硫粉的第二石英舟放在管式炉中，位于气流的上游段，封闭管式炉两端；

步骤二.（2），将管式炉升温至800~820℃时，保温10~15min，自然降温至室温，获得V掺杂的单层WS₂。