【北大成果】大尺寸均匀单层MoS2可控制备
发布时间：2020-04-13 来源:北大科技成果
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P1项目简介
单层半导体性过渡族金属硫属化合物（MX2:MoS2, WS2 等）是继石墨烯之后备受关注的二维层状材料。该类材料具有优异的电学性质、强的光物相互作用、高效的催化特性等优点，在光电子学器件、传感器件、电催化产氢等领域具有非常广阔的应用前景。单层MX2材料的批量制备和高品质转移是关键的科学问题。现有方法仍面临着诸多重大挑战，例如， 难以实现晶圆尺寸的层数均匀性、单晶畴区小、生长速度缓慢、生长衬底价格昂贵、转移过程复杂、容易引入污染物等。
北京大学研发课题组是国内较早开展相关研究的课题组之一，在单层 MX2 材料的可控制备、精密表征和电催化产氢应用方面取得了一系列重要进展：基于范德华外延的机理，他们在晶格匹配的云母基底上首次获得了厘米尺度均匀的单层MoS2(Nano Lett. 13, 3870 (2013))；在蓝宝石上获得了大畴区单层 WS2 (ACS Nano 7, 8963(2013))；发展了一种新型的金属性箔材 (Au箔 ) 基底，实现了畴区尺寸可调单层MoS2 的制备，借助 STM/STS表征技术建立起了材料原子尺度的形貌 / 缺陷态、电子结构和电催化析氢之间的构效关系。
6英寸普通玻璃上化学气相沉积法制备的均匀单层MoS2
P2应用范围
该类材料具有优异的电学性质、强的光物相互作用、高效的催化特性等优点，在光电子学器件、传感器件、电催化产氢等领域具有非常广阔的应用前景。
最近课题组在大尺寸均匀 MoS2的批量制备以及“绿色”转移方面取得重要进展。他们选用廉价易得的普通玻璃作为基底，创新性地采用Mo箔。作为金属源 ( 与 S粉共同作为前驱体)，采用“face-to- face”的金属前驱体供给方式，实现了前驱体在样品上下游的均匀供应，使得样品尺寸可以得到最大限度的放大 ( 仅受限于炉体尺寸)，获得了对角线长度可达6英寸的均匀单层 MoS2; 结合 DFT 理论计算和系统的实验结果发现，玻璃基底上微量的Na 对材料生长起到明显的促进作用 , Na 倾向于吸附在 MoS2畴区的边缘，起到显著降低MoS2拼接生长能垒的作用，从而促进其快速生长。获取满覆盖单层样品的生长时间仅为 8min，单晶畴区边缘尺寸可达0.5mm。此外，课题组利用玻璃基底的亲水特性，发展了一种无刻蚀的、仅利用超纯水辅助的“绿色”转移方法。该方法适用于晶圆尺寸样品的快速转移，且具有操作简单，转移样品质量高等明显优势。该工作提出了利用廉价的普通玻璃基底来制备大面积、晶圆尺寸均匀、大畴区单层 MoS2的新方法 /新途径，并深入分析了其生长机制，为相关二维材料的批量制备和高效转移提供了重要的实验依据，对于推动该类材料的实际应用具有非常重要的意义。
已申请相关专利。
合作开发、技术转让、技术许可。
北京大学科技开发部
kjkfb@pku.edu.cn
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