一种二维材料横向马赛克异质结阵列及其制备和应用的制作方法

技术特征：
1.一种二维材料横向马赛克异质结阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(a)：获得材料a的单晶纳米片；步骤(b)：对材料a的单晶纳米片进行激光刻蚀，得到阵列化点缺陷的材料a纳米片；步骤(c)：在步骤(b)的阵列化点缺陷的材料a纳米片表面覆盖基底材料，随后再在1000～1200℃的温度下热刻蚀10～60s；将阵列化点缺陷的材料a纳米片热刻蚀成具有孔洞结构的材料a纳米片；步骤(d)：在步骤(c)制得的材料a纳米片的孔洞区域外延生长材料b异质结，得到a-b横向马赛克异质结阵列；所述的材料a和材料b独自选自过渡金属的硫族化合物、卤化物、卤氧化物、碳化物或氮化物中的至少一种，且a≠b。2.如权利要求1所述的二维材料横向马赛克异质结阵列的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述的材料a为过渡金属的硫化物或硒化物；优选地，所述的过渡金属为w、mo中的至少一种；优选地，通过cvd或pvd方法获得材料a的单晶纳米片；进一步优选，所述的材料a为ws2，pvd单晶纳米片的生长条件为：ws2的生长温度为1100℃-1250℃，优选为1180℃-1200℃；生长时间为1-10min，优选为2-5min；载气流量为30-350sccm，优选为50-150sccm；当材料a为mos2，pvd单晶纳米片的生长条件为：生长温度为1180℃-1200℃，生长时间为2-5min；载气流量为90-300sccm；当材料a为wse2，pvd单晶纳米片的生长条件为：生长温度为1120℃-1180℃，生长时间为2-5min；载气流量为100-200sccm；优选地，载气为保护气。3.如权利要求1所述的二维材料横向马赛克异质结阵列的制备方法，其特征在于，采用定点激光辐照的设备进行所述的激光刻蚀；优选地，所述的定点激光辐照的设备为共聚焦拉曼显微镜；优选地，采用光栅扫描聚焦激光照射材料a纳米片，形成周期性的局部缺陷阵列；优选地，步骤(b)中，激光的波长355～633nm；优选为480～500nm；优选地，激光的功率为10～50mw；优选为20～30mw；优选地，激光单点照射时间1～10s；优选为5～8s；优选地，每点间距为5～20μm；优选为10～15μm。4.如权利要求1所述的二维材料横向马赛克异质结阵列的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，所述的基底为在热刻蚀温度下能够稳定存在的平面材料；优选地，所述的基底为硅/二氧化硅基底、纯硅片、氮化硅基底、蓝宝石基底或云母基底中的至少一种；优选地，在阵列化点缺陷的材料a纳米片的表面覆盖基底，缺陷处形成微腔，随后进行热刻蚀。5.如权利要求1所述的二维材料横向马赛克异质结阵列的制备方法，其特征在于，热刻蚀的气氛为保护气，进一步优选为氮气、ar中的至少一种；优选地，步骤(d)中，所述的材料b为过渡金属的硫化物或硒化物；
优选地，所述的过渡金属为w、mo中的至少一种；优选地，通过cvd或pvd方法获得材料b的单晶纳米片。6.如权利要求1或5所述的二维材料横向马赛克异质结阵列的制备方法，其特征在于，采用变气手段，通过pvd方法，在材料a纳米片的孔洞区域外延生长材料b异质结；所述的变气手段指，材料b在升温至生长温度前采用逆向载气气流，当温度达到生长温度后，变更为正向载气气流；所述的逆向载气气流指材料a纳米片至材料b的方向。7.如权利要求6所述的二维材料横向马赛克异质结阵列的制备方法，其特征在于，所述的材料b为ws2，生长条件为：生长温度为1180℃-1200℃，生长时间为2-5min，正向载气流量为50-350sccm；当材料b为mos2，生长条件为：生长温度为1100℃-1200℃，优选为1180℃-1200℃；生长时间为1-10min，优选为2-5min；正向载气流量为30-350sccm，优选为90-300sccm；当材料b为wse2，生长条件为：生长温度为1100℃-1200℃，优选为1120℃-1180℃；生长时间为1-10min，优选为2-5min；正向载气流量为30-350sccm，优选为100-200sccm；优选地，载气为保护气；优选地，逆向载气的流量大于或等于10sccm；优选地，所述的a为ws2；所述的b为mos2或wse2。8.一种权利要求1～7任一项所述的制备方法制得的二维材料横向马赛克异质结阵列。9.一种权利要求8所述的二维材料横向马赛克异质结阵列的应用，其特征在于，将其用于制备光电器件；优选地，将其用于制备p-n结二极管、光伏器件、光电检测器、发光二级管、激光二极管、量子阱器件、p-n-p三极管、反相器、光子晶体中的至少一种。10.一种光电器件，其特征在于，含有权利要求8所述的二维材料横向马赛克异质结阵列；优选地，所述的光电器件为p-n结二极管、光伏器件、光电检测器、发光二级管、激光二极管、量子阱器件、p-n-p三极管、反相器、光子晶体中的至少一种。

技术总结
本发明属于二维材料异质结阵列制备领域，具体公开了二维材料横向马赛克异质结阵列的制备方法，获得材料A的单晶纳米片；依次对材料A的单晶纳米片进行激光刻蚀可控热刻蚀，随后再生长材料B，形成由二维材料A和二维材料B构成的边界清晰的马赛克异质结阵列。本发明还提供了所述的制备方法制得的二维材料横向马赛克异质结阵列及其在制备光电学器件中的应用。本发明制备的相关异质结阵列具有原子层级光滑，异质结界线陡峭且平整，几乎没有掺杂，材料光学、电学性能优异；该方法为大规模功能化二维材料器件集成提供了一个全新的材料平台，标志着为基础研究和发展复杂器件和二维异质结构集成电路奠定坚实的材料基础迈出了关键的一步。一步。一步。


技术研发人员：段曦东 张正伟 黄子为 李佳
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：2021.10.22
技术公布日：2022/1/28