1、化学气相沉积生长MoS₂晶体的温度效应研究

化学气相沉积生长MoS₂晶体的温度效应研究

1. 引言

二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMDs）晶体因其出色的电学和光学性能而受到广泛研究。其中，二硫化钼（MoS₂）是典型的TMD，块状MoS₂是间接带隙为1.2 eV的半导体。当MoS₂薄膜厚度达到单层水平时，由于二维限制效应，带隙至少增加0.6 eV，且从间接带隙转变为直接带隙，这使得单层MoS₂晶体具有高亮度光致发光特性。此外，单层MoS₂晶体还具有显著的电学性能，其开关比可达10¹⁰ ，在电子器件和光电子领域具有巨大的应用潜力。

常见的制备单层MoS₂的方法有微机械剥离法、超声辅助液相剥离法、锂离子插层法和化学气相沉积（CVD）法。微机械剥离法操作简单，但难以控制剥离层数和尺寸；超声辅助液相剥离法可制备单层纳米片，但超声功率影响大；锂离子插层法能制备高质量材料，但操作复杂且剥离效率低。CVD法利用硫蒸汽与氧化钼蒸汽反应形成MoS₂，可用于制造基于二维材料的新型谐振器和晶体管等器件，所制备的单层MoS₂具有优异的光学和电学性能。然而，能否用CVD法制备更大尺寸的单层MoS₂薄膜仍未解决。

2. 实验

2.1 MoS₂晶体的生长

• 选择基板 ：选用蓝宝石板作为基板，在洁净室中进行清洗，依次在丙酮、乙醇和去离子水中超声10分钟，然后用氮气枪吹干。
• 设备与材料放置 ：采用化学气相沉积双温管炉生长MoS₂晶体。将硫粉置于低温区，MoO₃粉置于高温区，蓝宝石基板平放在炉管右侧。低温区硫源与高温区钼源相距15 cm，钼源与蓝宝石基板相距5 cm，硫粉和MoO₃粉纯度均为99.5