一种层数可控的稀土铒掺杂二硫化钨薄膜材料制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109023251A(43)申请公布日2018.12.18(21)申请号201811121639.X(22)申请日2018.09.26(71)申请人中国计量大学地址310018浙江省杭州市下沙高教园区学源街258号(72)发明人白功勋徐时清张军杰王焕平叶仁广(74)专利代理机构杭州浙科专利事务所(普通合伙)33213代理人吴秉中(51)Int.Cl.C23C14/18(2006.01)C23C14/35(2006.01)C23C14/58(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种层数可控的稀土铒掺杂二硫化钨薄膜材料制备方法(57)摘要本发明涉及一种稀土铒掺杂二维层状二硫化钨薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：首先清洗衬底，通过磁控溅射高纯金属靶材制备铒钨的合金薄膜；接着将硫粉置于一温区，沉积有合金薄膜放置于二温区，将真空管式炉炉内抽真空，向真空管式炉通载气进行清洗；然后继续通o气，一温区加热到120~200C，二温区加热到700o~900C，生长十分钟以上；最后将一温区和二温区温度降至室温，得到铒掺杂二维层状二硫化钨薄膜。本发明调节溅射功率和时间，可以得到不同厚度、形貌和掺杂浓度的二维薄膜。本发明可以制得晶圆级、形貌均匀的二维晶体薄膜，光电性能优良，可以用于制备原子级超薄的光电子器件，用于发光器件、光电探测器等领域。CN109023251ACN109023251A权利要求书1/1页1.一种稀土铒掺杂二维层状二硫化钨薄膜材料W1-xErxS2，x的取值范围：0＜x≤0.05，其特征在于：采用WS2为基质，稀土Er为红外发光激活剂，Er替代W，所制备的材料可以实现光纤通信窗口C波段的发光。2.一种稀土铒掺杂二维层状二硫化钨薄膜材料W1-xErxS2的制备方法，其特征在于包括步骤：(1)依次用丙酮、乙醇、去离子水清洗衬底并干燥；(2)将衬底置于多靶磁控溅射腔体里，安装上高纯的铒和钨金属靶材，抽真空，并加热o衬底至100~500C；(3)磁控溅射腔体充入氩气至0.5~1.5Pa，调节钨靶功率至50~150W，铒靶功率至1~5W，溅射5~60s，制得铒钨合金薄膜；(4)取出铒钨合金薄膜置于双温区管式炉的二温区，接着将足量硫粉置于一温区，抽真空，向真空管式炉通载气到大气压；o(5)然后继续通气调节载气流量，一温区加热到120~200C，二温区加热到700~900oC，保持10~60min；(6)最后将一温区和二温区温度降至室温，得到铒掺杂二维层状二硫化钨薄膜。3.根据权利要求2所述的一种铒掺杂二维层状二硫化钨薄膜材料W1-xErxS2的制备方法，其特征在于步骤(1)中衬底为蓝宝石，石英、碳化硅或硅。4.根据权利要求2所述的一种铒掺杂二维层状二硫化钨薄膜材料W1-xErxS2的制备方法，其特征在于步骤(2)中金属靶材纯度应高于99.8%，最好达到99.99%，铒可以用其他稀土金属代替，如钕、铥、钬等，二硫化钨基质也可以用其他过渡族二硫属化合物代替，如二硫化钼、二硒化钼等。5.根据权利要求2所述的一种铒掺杂二维层状二硫化钨薄膜材料W1-xErxS2的制备方法，其特征在于步骤(3)中调节溅射功率和时间，得到不同厚度、形貌和掺杂浓度的二维薄膜。6.根据权利要求2所述的一种铒掺杂二维层状二硫化钨薄膜材料W1-xErxS2的制备方法，其特征在于步骤(4)中足量硫粉大于500mg，载气为高纯氩气、氮气或氩氢气混合气体，通入载气的流速为100~600ccm。7.根据权利要求2所述的一种铒掺杂二维层状二硫化钨薄膜材料W1-xErxS2的制备方法，其特征在于步骤(5)中调整载气流速至10~100ccm。8.根据权利要求2所述的一种铒掺杂二维层状二硫化钨薄膜材料W1-xErxS2的制备方法，o其特征在于步骤(5)中升温速率为10~50C/min。2CN109023251A说明书1/3页一种层数可控的稀土铒掺杂二硫化钨薄膜材料制备方法技术领域[0001]本发明涉及磁控溅射和化学气相沉积制备技术领域，具体涉及一种层数可控的稀土铒掺杂二硫化钨薄膜材料制备方法。背景技术[0002]二维层状材料材料有助于人们实现原子级超薄电子和光电子器件，引起人们极大的兴趣。特别是二维半导体材料二硫化钨凭借优异的光电性能被深入研究。二维层状二硫化钨是由面内共价键结合，层之间依靠微弱范德瓦尔斯力堆积在一起，具有许多新奇的物理特性。从单层到多层的发光特性研究对构筑应用于通信、探测的原子级超薄光电子器件意义重大。然而，目前二维二硫化钨的发光受限于可见和近红外光边缘，限制其广泛应用。同时其制备以机械剥离和化学气相沉积为主，难以实现可控制备。如果能实现超薄二维材料在红外通讯波段发光，有潜力制备