本發(fā)明屬于二維鐵電半導(dǎo)體材料的制備領(lǐng)域，涉及一種提高二維室溫鐵電材料二硫化錸抗干擾能力的制備方法。

背景技術(shù)：

1、鐵電材料以其雙穩(wěn)態(tài)特性在現(xiàn)代科技領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色。這種材料的特點(diǎn)是能夠保持兩種及以上不同的電極化狀態(tài)，這一屬性使其在非易失性存儲(chǔ)器（如鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、鐵電疇壁存儲(chǔ)器等）、精密制動(dòng)器和負(fù)電容場(chǎng)效應(yīng)晶體管等應(yīng)用中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。隨著集成電路技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)于元件尺寸的要求越來(lái)越高，鐵電材料的特征尺寸也在持續(xù)縮小。然而，這種尺寸縮小帶來(lái)了一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。首先是本征尺寸效應(yīng)，即當(dāng)鐵電材料的厚度減小到某一臨界點(diǎn)時(shí)，其鐵電性能會(huì)顯著下降，甚至完全消失。其次是表面效應(yīng)，因?yàn)樵跇O薄的鐵電薄膜中，表面原子與體內(nèi)原子的對(duì)稱(chēng)性和電子環(huán)境不同，這可能影響材料的極化特性。再者，基底應(yīng)力也是一個(gè)關(guān)鍵因素，尤其是當(dāng)材料被集成到復(fù)合結(jié)構(gòu)中時(shí)，由于熱膨脹系數(shù)的不匹配或其他機(jī)械應(yīng)力的存在，鐵電材料的性能可能受到影響而被削弱。在這些挑戰(zhàn)面前，二維材料因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性展現(xiàn)出巨大潛力，成為突破上述限制的理想候選。二維材料通常擁有單層或幾層原子厚度，其超薄特性使其在極化性能保持方面表現(xiàn)出色。此外，這些材料的層狀結(jié)構(gòu)使其在電子器件中具有更好的靈活性和可調(diào)節(jié)性。例如，二維材料可以通過(guò)改變樣品層數(shù)、堆疊方式或者通過(guò)化學(xué)修飾來(lái)優(yōu)化其電子和結(jié)構(gòu)屬性，從而在超越傳統(tǒng)三維鐵電材料的性能制約方面提供了新的可能性。

2、近期，滑移鐵電機(jī)制的提出，為二維鐵電材料的發(fā)展帶來(lái)了革新。這種機(jī)制通過(guò)將具有中心對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的多層二維材料剝離至單層并重新堆疊成非中心對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，有效打破了空間反演對(duì)稱(chēng)性。這一結(jié)構(gòu)的改變促使相鄰原子層間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，進(jìn)而引發(fā)面外方向的自發(fā)極化。此外，外加的垂直電場(chǎng)還能驅(qū)動(dòng)材料層內(nèi)滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)極化方向的反轉(zhuǎn)。這種特殊的滑移鐵電性質(zhì)，目前已在半金屬wte2、ab型堆疊雙層hbn、inse、gase、雙層過(guò)渡金屬硫族化合物半導(dǎo)體中得到了證實(shí)。以res2為例，其在雙層狀態(tài)下的鐵電轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)405?k，顯著超過(guò)室溫，開(kāi)辟了從非極性母體化合物中設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)二維鐵電體的新路徑[phys.?rev.lett.?128,?067601?(2022)]。目前，盡管滑移鐵電效應(yīng)的研究已取得初步進(jìn)展，但其與晶格缺陷之間的相互作用還需進(jìn)一步探索。

3、晶格缺陷的研究一直是材料科學(xué)領(lǐng)域的重要課題。以過(guò)渡金屬硫族化合物為例，這類(lèi)材料因其對(duì)短溝道效應(yīng)的強(qiáng)大免疫力而被視為下一代溝道材料，但其廣泛應(yīng)用受到載流子遷移率低和飽和電流小的制約。二維材料中的各類(lèi)缺陷，如空位、團(tuán)簇和晶界等，盡管帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)，卻也為調(diào)控能帶結(jié)構(gòu)、誘導(dǎo)相變等提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)，推動(dòng)了新原理器件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種提高二維室溫鐵電材料二硫化錸抗干擾能力的制備方法。該方法先利用鹽輔助化學(xué)氣相沉積制備室溫二維鐵電材料——二硫化錸，再通過(guò)氫氣刻蝕的方法針對(duì)二硫化錸表面營(yíng)造點(diǎn)缺陷硫空位，提高了二維二硫化錸抗干擾能力。

2、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下：

3、提高二維室溫鐵電材料二硫化錸抗干擾能力的制備方法，包括以下步驟：

4、步驟1，鹽輔助化學(xué)氣相沉積制備二硫化錸：

5、采用三溫區(qū)管式爐，將高錸酸銨粉末與氯化鈉粉末按質(zhì)量比10：3充分混合后放入下游石英舟中，并將潔凈的襯底置于混合粉末上方，將硫粉放入上游石英舟中，將下游溫區(qū)升溫至730?~?750℃，上游溫區(qū)升溫至200?~?220℃，升溫同時(shí)通入氬氣，氣流方向?yàn)閺纳嫌沃料掠危趦蓚€(gè)溫區(qū)均達(dá)到指定溫度后，保溫8?~?10min并且持續(xù)通入氬氣，生長(zhǎng)完成后停止加熱，自然冷卻至室溫，得到二硫化錸；

6、步驟2，氫氣刻蝕處理：

7、將二硫化錸放入管式爐中，升溫至200±50℃，通入氬氣/氫氣的混合氣體對(duì)二硫化錸進(jìn)行表面改性處理，得到氫氣刻蝕處理后的二硫化錸。

8、步驟1中，采用三溫區(qū)管式爐，目的是為了延長(zhǎng)低溫區(qū)與高溫區(qū)的距離，確保兩溫區(qū)的溫度相互影響最小。

9、優(yōu)選地，步驟1中，采用的襯底為sio2/si襯底。

10、優(yōu)選地，步驟1中，采用以下方法獲得潔凈的襯底：將襯底浸泡在丙酮溶液中超聲清洗5~10min，再放入無(wú)水乙醇中超聲清洗5~10分鐘，最后放入去離子水中超聲清洗5~15分鐘，并浸泡在去離子水中隔絕空氣保存。

11、優(yōu)選地，步驟1中，上下游溫區(qū)升溫至指定溫度前，持續(xù)通入氬氣對(duì)管內(nèi)氣氛進(jìn)行清洗。

12、優(yōu)選地，步驟1中，在30min內(nèi)將上下游溫區(qū)升溫至指定溫度。

13、優(yōu)選地，步驟1中，氬氣的通入流速為80±?5sccm。

14、優(yōu)選地，步驟2中，氬氣/氫氣的混合氣體中，氬氣作為保護(hù)氣和主要載氣，氫氣作為刻蝕氣體，氬氣的流速為100±20?sccm，氫氣的流速為15±10?sccm。

15、優(yōu)選地，步驟2中，表面改性處理時(shí)間為1~4小時(shí)。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

17、（1）本發(fā)明采用氫氣刻蝕處理工藝，吸附的氫原子與硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成h2s，以氣體形式從樣品表面解吸、離開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)二硫化錸的硫空位濃度的精確調(diào)控，該方法較為溫和，不會(huì)引入額外的缺陷，比如金屬原子空位。

18、（2）本發(fā)明通過(guò)在二硫化錸中引入硫空位，使得二維二硫化錸鐵電半導(dǎo)體的翻轉(zhuǎn)勢(shì)壘變大，提升了二硫化錸的魯棒性及應(yīng)對(duì)外界電場(chǎng)擾動(dòng)的能力，有利于提高二維二硫化錸的工作溫度，提升基于二維二硫化錸鐵電半導(dǎo)體材料的原型器件及設(shè)備的工作效率及抗干擾能力。

技術(shù)特征：

1.提高二維室溫鐵電材料二硫化錸抗干擾能力的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1中，采用的襯底為sio2/si襯底。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1中，采用以下方法獲得潔凈的襯底：將襯底浸泡在丙酮溶液中超聲清洗5~10min，再放入無(wú)水乙醇中超聲清洗5~10分鐘，最后放入去離子水中超聲清洗5~15分鐘，并浸泡在去離子水中隔絕空氣保存。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1中，上下游溫區(qū)升溫至指定溫度前，持續(xù)通入氬氣對(duì)管內(nèi)氣氛進(jìn)行清洗。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1中，在30min內(nèi)將上下游溫區(qū)升溫至指定溫度。

6.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1中，氬氣的通入流速為80±5sccm。

7.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2中，氬氣/氫氣的混合氣體中，氬氣作為保護(hù)氣和主要載氣，氫氣作為刻蝕氣體，氬氣的流速為100±20?sccm，氫氣的流速為15±10?sccm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2中，表面改性處理時(shí)間為1~4小時(shí)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種提高二維室溫鐵電材料二硫化錸抗干擾能力的制備方法。所述方法先利用鹽輔助化學(xué)氣相沉積制備二維室溫鐵電材料二硫化錸，再通過(guò)氫氣刻蝕的方法針對(duì)二硫化錸表面營(yíng)造點(diǎn)缺陷硫空位。本發(fā)明通過(guò)在二硫化錸中引入硫空位，使得鐵電半導(dǎo)體的翻轉(zhuǎn)勢(shì)壘變大，提升其魯棒性及應(yīng)對(duì)外界電場(chǎng)擾動(dòng)的能力，有利于提高二維鐵電半導(dǎo)體的工作溫度，提升基于二維鐵電半導(dǎo)體材料的原型器件及設(shè)備的工作效率及抗干擾能力。

技術(shù)研發(fā)人員：萬(wàn)逸,劉明巖,闞二軍,楊昀緯,曾華凌,胡婷,張曉東,汪佩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19