硫粉气化温度对制备WS2薄膜的影响

陶雪华，夏述平，崔 宇，邱云帆，熊礼威

等离子体化学与新材料湖北省重点实验室（武汉工程大学），湖北 武汉 430205

2004 年，石墨烯的成功制备，不仅打破了传统热力学理论中二维材料难以稳定存在的论断，更激发了二维材料的研究热潮［1-3］。类石墨烯结构的二维过渡金属硫化物（two-dimensional transition metal dichalcogenides，2D-TMDs），其带隙随着层数而改变，在光电子、传感和催化等领域前景广阔［4-5］。作为TMDs 的典型代表，块体材料的二硫化钨（tungsten disulfide，WS2）为间接带隙半导体［6］，当其逐渐变为单层结构时，由间接带隙半导体变为直接带隙（1.95 eV）半导体［7-8］，使得它在未来微电子学中有具大的应用潜力［9］。制备二维WS2薄 膜 的 方 法 有 机 械 剥 离 法［10-11］、化 学 剥离 法［12-14］和 化 学 气 相 沉 积（chemical vapor deposition，CVD）法［15-17］等。其中，CVD 法可实现材料的可控生长得到均质的2D 材料，且易于获得连续的大面积薄膜。

实验中使用的前驱体为三氧化钨（WO3）和硫粉（S），WO3熔沸点较高，化学稳定性好，具有产业化潜力。盐（NaCl）辅助 CVD 法有助于 WS2薄膜的生长，熔盐可促进WO3的“气化”，降低整个反应体系的温度。由于CVD 法中各项参数的控制难度较大，目前仍需要找到最合适的WS2薄膜生长的参数。本文利用熔融盐辅助化学气相沉积（molten salt assisted chemical vapor deposition，MSACVD）法制备WS2薄膜，通过设计S 粉气化温度，详细探讨了S 粉气化温度对制得的WS2薄膜晶畴尺寸及结晶性能的影响规律，并对其影响机理进行了深入分析，研究结果可为其它大面积过渡金属二硫化物薄膜的制备提供实验基础和理论指导。

1 实验部分

1.1 WS2薄膜制备

实验装置如图1 所示，将载有6 mg WO3和3 mg NaCl 粉末的刚玉舟置于……