本發(fā)明屬于二維鐵電半導體材料的制備領域，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：

1、鐵電材料以其雙穩(wěn)態(tài)特性在現(xiàn)代科技領域扮演著至關重要的角色。這種材料的特點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器（如鐵電隨機存取存儲器、鐵電疇壁存儲器等）、精密制動器和負電容場效應晶體管等應用中具有獨特優(yōu)勢。隨著集成電路技術的持續(xù)發(fā)展，對于元件尺寸的要求越來越高，鐵電材料的特征尺寸也在持續(xù)縮小。然而，這種尺寸縮小帶來了一系列技術挑戰(zhàn)。首先是本征尺寸效應，即當鐵電材料的厚度減小到某一臨界點時，其鐵電性能會顯著下降，甚至完全消失。其次是表面效應，因為在極薄的鐵電薄膜中，表面原子與體內原子的對稱性和電子環(huán)境不同，這可能影響材料的極化特性。再者，基底應力也是一個關鍵因素，尤其是當材料被集成到復合結構中時，由于熱膨脹系數(shù)的不匹配或其他機械應力的存在，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，二維材料因其獨特的結構特性展現(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，這些材料的層狀結構使其在電子器件中具有更好的靈活性和可調節(jié)性。例如，二維材料可以通過改變樣品層數(shù)、堆疊方式或者通過化學修飾來優(yōu)化其電子和結構屬性，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，滑移鐵電機制的提出，為二維鐵電材料的發(fā)展帶來了革新。這種機制通過將具有中心對稱結構的多層二維材料剝離至單層并重新堆疊成非中心對稱結構，有效打破了空間反演對稱性。這一結構的改變促使相鄰原子層間發(fā)生電荷轉移，進而引發(fā)面外方向的自發(fā)極化。此外，外加的垂直電場還能驅動材料層內滑動，實現(xiàn)極化方向的反轉。這種特殊的滑移鐵電性質，目前已在半金屬wte2、ab型堆疊雙層hbn、inse、gase、雙層過渡金屬硫族化合物半導體中得到了證實。以res2為例，其在雙層狀態(tài)下的鐵電轉變溫度高達405?k，顯著超過室溫，開辟了從非極性母體化合物中設計并實現(xiàn)二維鐵電體的新路徑[phys.?rev.lett.?128,?067601?(2022)]。目前，盡管滑移鐵電效應的研究已取得初步進展，但其與晶格缺陷之間的相互作用還需進一步探索。

3、晶格缺陷的研究一直是材料科學領域的重要課題。以過渡金屬硫族化合物為例，這類材料因其對短溝道效應的強大免疫力而被視為下一代溝道材料，但其廣泛應用受到載流子遷移率低和飽和電流小的制約。二維材料中的各類缺陷，如空位、團簇和晶界等，盡管帶來諸多挑戰(zhàn)，卻也為調控能帶結構、誘導相變等提供了獨特的機會，推動了新原理器件的設計和實現(xiàn)。

技術實現(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氣相沉積制備室溫二維鐵電材料——二硫化錸，再通過氫氣刻蝕的方法針對二硫化錸表面營造點缺陷硫空位，提高了二維二硫化錸抗干擾能力。

2、實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案如下：

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℃，升溫同時通入氬氣，氣流方向為從上游至下游，在兩個溫區(qū)均達到指定溫度后，保溫8?~?10min并且持續(xù)通入氬氣，生長完成后停止加熱，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/氫氣的混合氣體對二硫化錸進行表面改性處理，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)通入氬氣對管內氣氛進行清洗。

12、優(yōu)選地，步驟1中，在30min內將上下游溫區(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，表面改性處理時間為1~4小時。

16、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

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)生化學反應，形成h2s，以氣體形式從樣品表面解吸、離開，從而實現(xiàn)對二硫化錸的硫空位濃度的精確調控，該方法較為溫和，不會引入額外的缺陷，比如金屬原子空位。

18、（2）本發(fā)明通過在二硫化錸中引入硫空位，使得二維二硫化錸鐵電半導體的翻轉勢壘變大，提升了二硫化錸的魯棒性及應對外界電場擾動的能力，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體材料的原型器件及設備的工作效率及抗干擾能力。

技術特征：

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)通入氬氣對管內氣氛進行清洗。

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

6.?根據(jù)權利要求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，表面改性處理時間為1~4小時。

技術總結
本發(fā)明公開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氣相沉積制備二維室溫鐵電材料二硫化錸，再通過氫氣刻蝕的方法針對二硫化錸表面營造點缺陷硫空位。本發(fā)明通過在二硫化錸中引入硫空位，使得鐵電半導體的翻轉勢壘變大，提升其魯棒性及應對外界電場擾動的能力，有利于提高二維鐵電半導體的工作溫度，提升基于二維鐵電半導體材料的原型器件及設備的工作效率及抗干擾能力。

技術研發(fā)人員：萬逸,劉明巖,闞二軍,楊昀緯,曾華凌,胡婷,張曉東,汪佩
受保護的技術使用者：南京理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19