本發(fā)明屬于無機二維材料制備，具體涉及一種雙層轉角二硫化鉬及其制備方法。

背景技術：

1、自2004年石墨烯出現以來，二維材料體系逐漸走入人們的視野。在層間范德華力的作用下，原子層級厚度的不同二維材料可以按照任意順序堆垛，從而構筑具有原子尺度平整界面的人工范德華異質結、超晶格結構。當兩個原子層以小晶格失配或特定扭轉角堆垛在一起形成莫爾超晶格時，這種超晶格通過莫爾周期勢引入強關聯作用以及量子受限激發(fā)態(tài)，為超導、磁性、拓撲等強關聯效應研究提供了全新的調控維度。

2、過渡金屬硫族化合物（transition?metal?dichalcogenides，tmdcs）在二維材料體系中占據著重要地位。tmdcs的通式為mx2，其中m代表過渡金屬元素，如mo、w、nb等，x代表硫族元素，如s、se、te等。二硫化鉬作為典型的tmdcs材料，其生長工藝與表征手段均發(fā)展較為成熟。當前階段制備轉角二硫化鉬的工藝多為機械剝離加轉移的方法與化學氣相沉積法。機械剝離加轉移的方法雖具有一定的普適性，但工藝較為復雜，且在制備過程中可能存在聚合物殘留、角度控制性差以及成功率較低等問題；而化學氣相沉積法近年來雖得到快速發(fā)展，但仍然存在工藝不夠簡潔以及需調控變量較為復雜等問題。

技術實現思路

1、本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種雙層轉角二硫化鉬及其制備方法，制備得到的雙層轉角二硫化鉬的角度多樣，且具有高度角度依賴的shg強度變化，表現出新穎的光學性能，有助于探索tb-tmd材料在非線性光學中的潛在應用。

2、本發(fā)明實施例提供了一種雙層轉角二硫化鉬的制備方法，包括如下步驟：

3、1）退火：將二硫化鉬原料置于石英載具上，所述石英載具置于雙溫區(qū)管式爐的溫區(qū)；從沉積區(qū)往溫區(qū)通入惰性氣體以排除雜質氣體；然后升溫至溫區(qū)的溫度達到1185-1195℃后降溫，降溫至溫區(qū)的溫度為995-1005℃后保持一定時間，冷卻至室溫；

4、2）生長：升溫至995-1005℃后，反向調整惰性氣體的流向，生長一定時間后，得到雙層轉角二硫化鉬；

5、在生長之前，將硅片襯底置于雙溫區(qū)管式爐的沉積區(qū)；且從沉積區(qū)往溫區(qū)通入惰性氣體以排除雜質氣體。

6、在生長之前，將硅片襯底置于雙溫區(qū)管式爐的沉積區(qū)，即可以在退火時，將硅片襯底置于雙溫區(qū)管式爐的沉積區(qū)，也可以在退火完成后生長之前，將硅片襯底置于雙溫區(qū)管式爐的沉積區(qū)。本發(fā)明在生長之前，從沉積區(qū)往溫區(qū)通入惰性氣體以排除雜質氣體，如果需要在退火后生長之前放置硅片襯底，則需要在放置完成后，重新通入惰性氣體以排除雜質氣體，如果不需要重新放置硅片襯底，則可以直接在退火時排除雜質氣體，不需要重新通入惰性氣體排除雜質氣體。

7、優(yōu)選的，所述硅片襯底的邊緣深入溫區(qū)內，深入的長度為0.5-1.5cm。

8、優(yōu)選的，所述惰性氣體為氬氣。

9、優(yōu)選的，所述惰性氣體在洗氣階段的流速為250-350sccm，在其他階段的流速為120-150sccm，所述洗氣階段為最開始通惰性氣體的階段。

10、優(yōu)選的，退火時，升溫至溫區(qū)的溫度達到1190℃后降溫，降溫至溫區(qū)的溫度為1000℃后保持15min。

11、優(yōu)選的，生長時，反向調整惰性氣體的流向，生長3-5min后，得到雙層轉角二硫化鉬。

12、優(yōu)選的，升溫時，升溫速度為20?℃·min-1。

13、優(yōu)選的，二硫化鉬原料的質量為2?g。

14、優(yōu)選的，所述硅片襯底的尺寸為1.5?cm×3?cm。

15、本發(fā)明實施例提供一種雙層轉角二硫化鉬，采用所述的制備方法制備得到。

16、本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明在傳統(tǒng)化學氣相沉積法制備雙層轉角二硫化鉬的基礎上對其工藝進行了優(yōu)化，采用mos2粉末作為原料，以物理氣相沉積的方式直接進行雙層轉角二硫化鉬的生長。

17、本發(fā)明提供一種基于物理氣相沉積工藝的雙層轉角二硫化鉬制備方法，采用mos2粉末作為原料，通過高溫管式爐進行制備，所制備的雙層轉角二硫化鉬角度涵蓋范圍較廣，產率較高，且制備出的不同角度的雙層轉角二硫化鉬具有各異的光學特性，材料表現出高晶特性。

18、本發(fā)明克服了機械剝離加轉移方法制備雙層轉角二硫化鉬過程中工藝復雜、可控性差、樣品污染以及可能存在聚合物殘留等問題，制備出的雙層轉角二硫化鉬質量良好，光學特性新穎。

19、本發(fā)明克服了化學氣相沉積法制備雙層轉角二硫化鉬過程中生長系統(tǒng)搭建復雜以及生長條件可控精度要求高等問題，制備工藝簡潔，參數調整可控性強。

20、本發(fā)明主要包含退火和生長兩個步驟。首先是退火步驟：將承載于石英材質載具的二硫化鉬原料放置于雙溫區(qū)管式爐溫區(qū)的中心區(qū)域，把硅片襯底置于雙溫區(qū)管式爐鄰近溫區(qū)的沉積區(qū)域。從硅片襯底放置處往溫區(qū)方向通入惰性氣體氬氣，洗氣三分鐘，以排除溫區(qū)管式爐內的雜質氣體。接著以20?℃?min?1的升溫速度進行升溫，當溫區(qū)的溫度達到1190℃后停止加熱，讓其自然降溫，降至?1000?℃后恒溫保持15分鐘，隨后停止加熱，待其自然冷卻至室溫，退火步驟即完成。

21、然后進入生長步驟：在退火階段結束后，再次將硅片襯底置于雙溫區(qū)管式爐鄰近溫區(qū)的沉積區(qū)域，從硅片襯底放置處往溫區(qū)方向通入惰性氣體氬氣，洗氣三分鐘排除雜質氣體。以20?℃?min?1的升溫速度升溫，當溫區(qū)的溫度達到?1000?℃后，調整通入氣流的方向為從溫區(qū)到硅片襯底方向。在1000?℃下恒溫生長3-5分鐘，期間雙層轉角二硫化鉬開始沉積，生長結束后停止加熱，待其自然冷卻，取出硅片，即可得到雙層轉角二硫化鉬。

22、采用本發(fā)明的方法，可以在一次生長過程中可以制備出較多樣品（高達幾十個），樣品的角度既有0°與60°這樣的常見角度，也有非0°與60°的角度，然后在其中篩選出需要的樣品即可，其可以得到有精準角度需求的樣品。

23、傳統(tǒng)的tmd材料，其層間耦合的調控手段多聚焦與層數、層間距、堆疊順序以及摻雜，而層間轉角的存在為二硫化鉬的性能調控提供了一個新的自由度。層間轉角變化和許多性能高度相關，比如shg強度，這一特性將有助于探索tb-tmd材料在非線性光學中的潛在應用。本發(fā)明制備得到雙層轉角二硫化鉬，對于當前領域的前沿探索和未來可能推動其工業(yè)化的技術積累均有重大意義。

技術特征：

1.一種雙層轉角二硫化鉬的制備方法，其特征是，包括如下步驟：

2.如權利要求1所述的制備方法，其特征是，所述硅片襯底的邊緣深入溫區(qū)內，深入的長度為0.5-1.5cm。

3.如權利要求1所述的制備方法，其特征是，所述惰性氣體為氬氣。

4.如權利要求1所述的制備方法，其特征是，所述惰性氣體在洗氣階段的流速為250-350sccm，在其他階段的流速為120-150sccm，所述洗氣階段為最開始通惰性氣體的階段。

5.如權利要求1所述的制備方法，其特征是，退火時，升溫至溫區(qū)的溫度達到1190℃后降溫，降溫至溫區(qū)的溫度為1000℃后保持15min。

6.如權利要求1所述的制備方法，其特征是，生長時，反向調整惰性氣體的流向，生長3-5min后，得到雙層轉角二硫化鉬。

7.?如權利要求1所述的制備方法，其特征是，升溫時，升溫速度為20?℃·min-1。

8.?如權利要求1所述的制備方法，其特征是，二硫化鉬原料的質量為2?g。

9.?如權利要求1所述的制備方法，其特征是，所述硅片襯底的尺寸為1.5?cm×3?cm。

10.一種雙層轉角二硫化鉬，其特征是，采用如權利要求1-9任一項所述的制備方法制備得到。

技術總結
本發(fā)明涉及一種雙層轉角二硫化鉬及其制備方法，包括如下步驟：1）退火：將二硫化鉬原料置于石英載具上，所述石英載具置于雙溫區(qū)管式爐的溫區(qū)；從沉積區(qū)往溫區(qū)通入惰性氣體以排除雜質氣體；然后升溫至溫區(qū)的溫度達到1185?1195℃后降溫，降溫至溫區(qū)的溫度為995?1005℃后保持一定時間，冷卻至室溫；2）生長：升溫至995?1005℃后，反向調整惰性氣體的流向，生長一定時間后，得到雙層轉角二硫化鉬；本發(fā)明制備得到的雙層轉角二硫化鉬的角度多樣，且具有高度角度依賴的SHG強度變化，表現出新穎的光學性能，有助于探索TB?TMD材料在非線性光學中的潛在應用。

技術研發(fā)人員：王廣,周俊昆,張紅梅,李靚,彭子丹,姚博文,羅淑芳,彭剛
受保護的技術使用者：中國人民解放軍國防科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/22