化学沉积法制备单层二硫化钨

单层二硫化钨材料是一种具有层状结构的纳米材料,比单层二硫化钼且更好的高温稳定性,更好光学和电学性质而在近年来被广泛关注,值得一提的是,在晶体管等半导体领域,二硫化钨是间接带隙半导体,禁带宽度变为2.0eV,这也使它在电子管领域拥有比石墨烯更大的应用空间。目目前国内最主要制备单层二硫化钨的方法有射频溅射法、反应磁控溅射和化学沉积法三种。

化学气相沉积法(CVD)是一类典型的"自底向上"的单层二硫化钨的制备方法, 近年来, 关于 CVD 法制备二维TMDCs的研究主要集中在二硫化钼,因为MoS2 所需温度较低,生长过程容易控制,但二硫化钨似乎复杂得多,但所幸的是,在我国科研工作者的努力攻关下也取得了很大进展。

单层二硫化钨图片

目前,实验室里CVD 法制备二硫化钨薄膜主要有两种途径: 一步反应法和两步法。一步反应法是指在 CVD 炉中直接实现S源与W源反应而生成 WS2 并沉积在目标基底上的方法:两步法是指先在目标基底上预沉积一层金属W薄膜,然后在CVD 炉中进行硫化以此合成 WS2 薄膜的方法。需要说明的是,以上两种CVD方法并没有完美解决大面积可控制备单层及少数层 WS2 薄膜。

单层二硫化钨图片

总体来说,生长条件对制备WS2的至关重要,CVD法制备二维WS2的过程中,对仪器以及生长过程有较为严格的要求,比如需要多温区管式炉,生长过程需要在真空中进行,而且实验成本较高,生长工艺还需再次优化,随着科学界对二维 WS2 薄膜的可控制备技术的深入探索, 以及对各种异质结器件的构筑和性能调控的不断研究, 相信不久的将来, WS2 薄膜发展瓶颈将很快被拓宽,促进其器件化和产业化进程。

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