【摘要】：二維原子晶體材料所獨(dú)有的結(jié)構(gòu)特性帶來了諸多優(yōu)異的性質(zhì).與石墨烯相比,二維過渡金屬硫族化合物(TMDs)擁有不同大小且可調(diào)控的帶隙,在微電子和光電器件領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景.本文對二維TMDs材料"自上而下"和"自下而上"的制備方法進(jìn)行了總結(jié),對比了機(jī)械剝離、液相剝離和化學(xué)氣相沉積等常見制備技術(shù),并歸納了各自的優(yōu)缺點(diǎn).同時(shí)基于未來晶圓級二維TMDs器件,重點(diǎn)介紹了化學(xué)氣相沉積法及其面向應(yīng)用需要解決的問題.最后總結(jié)了二維TMDs材料在微電子器件應(yīng)用中的研究進(jìn)展.
【圖文】：

4239評述圖1(網(wǎng)絡(luò)版彩色)微機(jī)械剝離法制備二維TMDs材料.(a)微機(jī)械剝離法制備單層MoS2的示意圖[39].微機(jī)械剝離法制備的MoSe2(b)[40],WS2(c)[41],WSe2(d)[41]和PtS2(e)[42]薄片的光學(xué)顯微鏡照片F(xiàn)igure1(Coloronline)2DTMDsmaterialspreparedbythemicromechanicalexfoliationmethod.(a)TheschematicofmonolayerMoS2preparedbythemicromechanicalexfoliationmethod[39].OpticalmicroscopeimagesofindividualMoSe2(b)[40],WS2(c)[41],WSe2(d)[41]andPtS2(e)[42]sheetspre-paredbymicromechanicalexfoliation度、形狀,并且重復(fù)性和產(chǎn)率較低.1.1.2鋰離子插層剝離法盡管微機(jī)械剝離法能夠較容易在得到晶體結(jié)構(gòu)近乎完美的原子級厚度2DTMDs,但是該方法產(chǎn)率低、重復(fù)性差,限制了其實(shí)際應(yīng)用.鋰離子插層剝離法是可以在溶液中制備大量二維層狀材料薄片的方法.1975年,最初由Dines[41]報(bào)道了鋰離子插層法制備二維TMDs.1986年,Joensen等人[55]對該方法加以改進(jìn),并得到了單層MoS2.隨著二維層狀材料成為研究熱潮,鋰離子插層法得到了進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用.鋰離子插層剝離法制備MoS2薄片的步驟如圖2(a)所示,先將MoS2塊體制成粉末,然后將MoS2粉末和正丁基鋰混合于正己烷溶液,惰性氣體環(huán)境下加熱到100℃反應(yīng)3d,得到剝離插層物;加入一定量的去離子水,接著超聲1h,過濾、離心懸濁液并用去離子水多次洗滌至中性,最后真空干燥即可得到MoS2薄片,如圖2(c),(d)所示.利用該方法可以得到大量亞微米尺寸的單層薄片[59],但是這些單層材料的晶體結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能均發(fā)生了改變[30].例如離子插層法制備的單層MoS2是金屬相,從2H-MoS2變成了1T-MoS2

4241評述圖3(網(wǎng)絡(luò)版彩色)液相超聲法制備二維TMDs材料.(a)液相超聲法剝離二維TMDs示意圖[30];(b)分別含有WS2,MoTe2,MoSe2,NbSe2,TaSe2和h-BN薄片的水溶液照片[63];MoS2薄片(c)和WS2薄片(d)分散在不同乙醇/水比例的混合溶液照片[64]Figure3(Coloronline)2DTMDsmaterialspreparedbyliquidphasesonication.(a)Schematicdescriptionofliquidphaseexfoliationbysonicationtoprepare2DTMDs[30].(b)PhotographofdispersionsofWS2,MoTe2,MoSe2,NbSe2,TaSe2,andBNstabilizedinwaterbysodiumcholate[63].Photo-graphsofMoS2(c)andWS2(d)dispersionsinvariousethanol-watermixtures,respectively[64]到不同厚度的二維層狀材料.2011年,Han等人[73]采用激光輻照多層石墨烯制備了高質(zhì)量的單層石墨烯.2012年,Castellanos-Gomez等人[74]采用激光熱剝蝕的方法得到了單層MoS2,如圖4(a)~(c)所示,其光學(xué)和電學(xué)性能與微機(jī)械剝離法得到的單層二硫化鉬相似.激光熱剝蝕法在保證單層材料晶體質(zhì)量的情況下,可以控制二維層狀材料薄片的厚度、面積和形狀,但是激光的成本昂貴,因此激光熱剝蝕的方法不能適用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn).熱退火方法也可以將多層的二維層狀材料薄片持續(xù)減薄至單層.2013年,Lu等人[75]在650℃,氬氣壓強(qiáng)為1.33×103Pa,為5sccm的石英管式爐中,可以逐層地減薄多層MoS2薄片,如圖4(d)~(k)所示,速率約1層/h.通過熱退火方法得到的多層二維TMDs晶體質(zhì)量和表面粗糙度不會(huì)有較大變化.但是該方法目前還不成熟,并非嚴(yán)格按照逐層的方式來減薄,并且很難得到各向同性的表面.1.2“自下而上”生長模式“自上而下”的二維層狀材料制備模式經(jīng)過十多年發(fā)展已經(jīng)成為?

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