[发明专利]一种异质结、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种异质结、其制备方法及应用，采用化学气相沉积方法与干法转移法相结合的路线，首先通过化学气相沉积方法直接两步生长得到MoS₂/WS₂混合层，再通过干法转移技术将其转移至h‑BN衬底表面形成异质结，或者先采用化学气相沉积分别生长MoS₂和WS₂，再利用干法转移技术，将MoS₂层和WS₂层分批次转移至h‑BN衬底表面形成异质结，得到的MoS₂/WS₂‑h‑BN异质结具有优异的热电性能，且该方法对化学气相沉积方法的控制要求并不是很严格，受外界环境的影响较小，具有稳定性好、可重复性强的优点，有利于大范围推广使用。

技术领域

本发明涉及热电材料的制备技术领域，具体涉及一种异质结、其制备方法及应用。

背景技术

热电转换物理效应、热电材料及其应用技术的研究历史悠长。长期以来，热电转换技术主要应用于特种电源和微小型制冷等技术领域，是一个“小众”的研究领域。直到20世纪50年代，半导体理论的建立及其在热电材料开发中的应用，使得半导体热电材料的性能获得较大幅度提升，Bi₂Te₃、PbTe、和SiGe等多种体系的无量纲热电优值ZT达到或接近1.0，从而热电转换技术开始获得实际应用，并且在空间电源和局域制冷等技术领域中发挥着不可替代的作用。

进入21世纪后，快速发展的清洁能源、特殊电源和高功率电子器件等技术领域，对高效热电转换技术提出了新的要求，使得热电材料和热电转换技术开始受到工业界和学术界的广泛关注。热电转换技术的核心问题在于找到具有高价值的热电材料，而高价值热电材料应具有“声子玻璃-电子晶体”的特征，即导热率低，导电率高，温度差的电动力(Seebeck系数)高。但由于热电优值的参数之间的相互关联和制约，使得材料的热电性能一直难以取得实质性的突破。随着近年来材料计算的发展与纳米技术的兴起，人们开始考虑在不同层次和多维度下进行结构设计以实现热与电输运的协同调控，从而使得材料具有较大的热电优值。

有研究表明，包括石墨烯、过渡金属硫化物、第四主族硫化物、黑磷、MXene和六方氮化硼(h-BN)等在内的二维材料具有非常优异的热电性能，具有较大的应用潜力。其中，有实验和理论证实多种二维材料堆叠形成的异质结(包括垂直异质结和横向异质结)能够在一定程度上对材料的热电性能起到增益作用。

如有实验研究表明，在h-BN衬底上结合MoS₂或WS₂得到的h-BN/MoS₂或h-BN/WS₂异质结具有优异的热电性能，且有理论研究表明，在h-BN衬底上结合MoS₂和WS₂得到的MoS₂/WS₂-h-BN异质结，具有比h-BN/MoS₂或h-BN/WS₂异质结更优异的热电性能。但目前没有行之有效的方法可以获得MoS₂/WS₂-h-BN异质结，现有技术中仅共开了h-BN/MoS₂或h-BN/WS₂异质结的制备方法，一般是化学气相沉积法直接生长，将钨、钼源与硫源同时放入石英管中，在650℃环境下一次生长完成。但该方法得到的样品面积小，方法本身的不稳定性高，且方法本身的可重复性差，在应用层面并不能作为一种可以推广的技术。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种异质结、其制备方法及应用。通过化学气相沉积方法和干法转移相结合，将MoS₂层和WS₂层(或MoS₂/WS₂混合层)转移至h-BN衬底表面形成异质结，该方法的稳定性好，可重复性强，得到的异质结具有优异的热电性能。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：