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薄層或單層二硫化鉬薄膜的制備及其性能研究

文檔作者：邱云帆熊禮威陶雪華駱?biāo)汲?李鑫文檔來(lái)源：武漢工程大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院		更新日期： 2026年05月20日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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99
能源環(huán)保與安全
引言
自2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的兩位科研工作者發(fā)現(xiàn)
石墨烯以來(lái)，在接下里的幾年里，石墨烯以其優(yōu)異的電
學(xué)、光學(xué)、力學(xué)和電化學(xué)特性在儲(chǔ)能材料、傳感器等方
面獲得應(yīng)用。盡管如此，石墨烯是零帶隙二維材料，無(wú)
法提供截止態(tài)電流，開(kāi)關(guān)比極低，在光電子器件等方面
應(yīng)用具有一定的局限性。人們通過(guò)摻雜、共混、微結(jié)構(gòu)
修飾等嘗試將石墨烯的帶隙打開(kāi)，但效果都不甚理想，
還降低了石墨烯的性能。于是，人們將目光轉(zhuǎn)向了其他
二維材料。
二維過(guò)渡金屬硫化物是最有潛力的一種。其中，典
型的二維MoS2和WS2等具有可調(diào)的禁帶寬度，展現(xiàn)出優(yōu)
異的光電性能。單層的MoS2是禁帶寬度為1.8 eV的直接
帶隙半導(dǎo)體，在光傳感器、光電子電路、生物醫(yī)學(xué)成像
等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。以二硫化鉬、二硒化鉬、二
硫化鎢和二硒化鎢等為代表的一類半導(dǎo)體材料，展現(xiàn)出
優(yōu)良的光電性能。其自身還兼具獨(dú)特的柔韌性與高透光
性，可以用來(lái)制備下一代柔性甚至透明的可穿戴設(shè)備。
單層TMDs材料的研究已經(jīng)成為光電材料領(lǐng)域中國(guó)際前沿
課題中的熱點(diǎn)，單層的TMDs極有希望成為下一代半導(dǎo)體
材料，可用來(lái)制造更小、能效更高的電子芯片，在未來(lái)
的納米電子領(lǐng)域，將比傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料更有優(yōu)勢(shì)。
本文采用化學(xué)氣相沉積法在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)MoS2
薄膜，通過(guò)調(diào)節(jié)鉬源用量及基片位置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究不
同實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)CVD法合成MoS2薄膜的影響。
一、實(shí)驗(yàn)
1.MoS2薄膜的制備
實(shí)驗(yàn)裝置主要部分的示意圖如圖1所示。實(shí)驗(yàn)原材
料為S粉和MoO3粉末。兩份硫（S）粉分為置于管式爐
外側(cè)的加熱帶內(nèi)及與管式爐內(nèi)壁相切的陶瓷舟內(nèi)，抽真
空至300Pa，調(diào)節(jié)管式爐參數(shù)使?fàn)t子25min從室溫升溫到
850℃。硫粉通過(guò)前端的氬氣氣流，進(jìn)入高溫區(qū)與MoO3
粉末發(fā)生反應(yīng)，最終在藍(lán)寶石（Al2O3）襯底上制備出
MoS2薄膜。
圖1　實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
2.實(shí)驗(yàn)參數(shù)
表1 　實(shí)驗(yàn)參數(shù)(300 Pa, 850 ℃)
樣 品
組別
樣品編號(hào) 鉬源用量 硫粉用量 基片位置 升溫時(shí)間 載氣流量
1 1 0.8 mg 0.2+0.3 g 100mm 25 min 75 sccm
2
2 0.5 mg 0.2+0.3 g 100mm 25 min 75 sccm
3 0.5 mg 0.2+0.3 g 80mm 25 min 75 sccm
3
4 0.2 mg 0.2+0.3 g 100mm 25 min 75 sccm
5 0.2 mg 0.2+0.3 g 50mm 25 min 75 sccm
二、結(jié)果與分析
圖2為在藍(lán)寶石基底上觀測(cè)出的MoS2薄膜的光學(xué)顯
微鏡圖。圖2a-2e依次為樣品編號(hào)為1-5的樣品。可以觀
察到實(shí)驗(yàn)制備的MoS2薄膜整體顏色均勻，雜質(zhì)較少，可
推測(cè)出薄膜平面平整均勻，生長(zhǎng)連續(xù)，形貌較好，是高
質(zhì)量的薄膜。觀察區(qū)域中可清晰地看到一條用鑷子劃過(guò)
的劃痕，劃痕區(qū)域與未劃區(qū)域存在對(duì)比度，劃痕區(qū)域顏
色越深，說(shuō)明制備出的薄膜厚度越厚，劃痕區(qū)域顏色越
淺，說(shuō)明制備出的薄膜厚度越薄。由圖中可以看出樣品1
至樣品4的劃痕區(qū)域顏色逐漸變淺，薄膜厚度逐漸變薄。
通過(guò)樣品1、2、4進(jìn)行對(duì)比可得出減少鉬粉的用量可以有
效地使薄膜的厚度減少。通過(guò)樣品2、3進(jìn)行對(duì)比可得出
基片越靠近下游端則制備出的薄膜越薄。樣品5為使用最
少的鉬源用量并且基片位置最靠近下游端的樣品。由圖
2 e可看出制備出的樣品為許多小的形狀不規(guī)則的白色顆
粒，沒(méi)有連接形成連續(xù)的薄膜。這些白色的顆粒為MoS2
薄層或單層二硫化鉬薄膜的制備及其性能研究
邱云帆　熊禮威　陶雪華　駱?biāo)汲伞±睢■巍　∥錆h工程大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院
【摘　要】采用化學(xué)氣相沉積法在藍(lán)寶石基片上沉積MoS2薄膜，通過(guò)控制其他反應(yīng)參數(shù)不變，改變鉬源用量及基片
位置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究了鉬源用量和基片距離對(duì)MoS2薄膜生長(zhǎng)的影響。通過(guò)光學(xué)顯微鏡、拉曼光譜和原子
力顯微鏡對(duì)薄膜進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，減少鉬源用量或?qū)⒒胖迷谙掠味说奈恢每捎行У販p少薄
膜的厚度，從而制備出薄層或單層的薄膜。
【關(guān)鍵詞】二硫化鉬薄膜；CVD；薄層
【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2021.24.048
100
能源環(huán)保與安全
單晶，這說(shuō)明當(dāng)鉬源太少并且太靠近下游端時(shí)反而不能
生長(zhǎng)出所需的薄膜。
圖2　MoS2薄膜在藍(lán)寶石基底上的光學(xué)顯微鏡圖像
圖3　MoS2薄膜在藍(lán)寶石基底上的拉曼光譜圖像
圖3為MoS2薄膜的拉曼光譜圖像，所用的拉曼激發(fā)波
長(zhǎng)為532nm。圖3a-3e依次為樣品1-5的拉曼光譜圖，圖中
存在3個(gè)特征峰，分別為MoS2薄膜的面內(nèi)振動(dòng)峰峰、面外
振動(dòng)峰峰以及藍(lán)寶石基片的特征峰。圖3a中的面內(nèi)振動(dòng)峰
峰位于387.56cm-1處，面外振動(dòng)峰峰位于411.67cm-1處，峰
位差為24.11cm-1，由此可判斷制備出的樣品1為4層的MoS2
薄膜，接近塊體材料的厚度。圖3b中的面內(nèi)振動(dòng)峰峰位
于388.53 cm-1處，面外振動(dòng)峰峰位于411.67 cm-1處，峰位
差為23.14 cm-1，由此可判斷制備出的樣品2為3層的MoS2
薄膜。圖3 c中的面內(nèi)振動(dòng)峰峰位于381.24 cm-1處，面外振
動(dòng)峰峰位于402.45 cm-1處，峰位差為21.21 cm-1，由此可得
制備出的樣品3為2層的MoS2薄膜，為薄層的MoS2薄膜。
圖3 d中的面內(nèi)振動(dòng)峰峰位于383.17 cm-1處，面外振動(dòng)峰峰
位于402.45 cm-1處，峰位差為19.28 cm-1，則制備出的樣品
4為單層的MoS2薄膜。圖3 e中的面內(nèi)振動(dòng)峰峰位于384.13 cm-1處，面外振動(dòng)峰峰位于402.45 cm-1處，峰位差為18.32
cm-1，說(shuō)明制備出的樣品5為單層的單晶。對(duì)比以上5個(gè)
樣品，樣品4為均勻的高質(zhì)量單層薄膜，是最為理想的樣
品。
三、結(jié)論
本文通過(guò)化學(xué)氣相沉積法在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)MoS2薄
膜，探究了鉬源用量和基片位置對(duì)MoS2薄膜生長(zhǎng)的影響。
通過(guò)控制其他反應(yīng)參數(shù)不變，分別在鉬源用量為0.8 mg、
0.5 mg、0.2 mg，基片位置為100 mm、80 mm、50 mm的條
件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在其他反應(yīng)參數(shù)不變的情
況下，當(dāng)鉬源用量逐漸減少時(shí)，制備出的薄膜厚度逐漸減
少；當(dāng)基片位置逐漸靠近排氣方向的下游端時(shí)，制備出的
薄膜厚度逐漸減少；當(dāng)鉬源用量減少到0.2 mg并且基片位
置為50 mm時(shí)，制備出的樣品反而為分散開(kāi)的單晶，不能
形成連續(xù)的薄膜，因此需將實(shí)驗(yàn)參數(shù)控制在合適的范圍內(nèi)
才有助于薄層或單層MoS2薄膜的生長(zhǎng)。
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112
油氣勘查
毛 管 壓
力
曲線
排 驅(qū)
壓 力
(MPa)
<0.25 0.25~0.7 0.7~3.5 >3.5
中 值
壓 力
(MPa)
<3.5 3.5~10.5 10.5~40.0 >40.0
中 值
半 徑
(μm)
>0.25 0.1~0.25 0.05~0.10 <0.05
P c20
壓 力
(MPa)
<0.5 0.5~4.5 4.5~20.5 >20.5
R c 2 0
半 徑
(μm)
>3.5 0.5~3.5 0.1~0.5 <0.1
平 均
半 徑
(μm)
>1.0 0.2~1.0 0.06~0.20 <0.06
GR曲線形態(tài)
厚 箱 形 、
厚箱-鐘形
復(fù)合型
厚 齒 化 箱
形 、 漏 斗
形
厚 齒 化 箱
形、漏斗形
鐘 形 、 扁
漏 斗 形 、
指形
電性
參數(shù)
聲波時(shí)
差(μs/
m)
>240 230~240 220~230 <220
補(bǔ)償密
度 ( g /
cm3)
<2.4 2.4~2.47 2.47~2.56 <2.56
沉積微相 分流河道
分 流河
道 、 河 口
壩
分 流河道、
河口壩
河 口 壩 、
遠(yuǎn)砂壩
綜合評(píng)價(jià) 好 較好 一般 非
四、結(jié)論
1.深化了對(duì)低滲透油藏的認(rèn)識(shí)，提出了低滲透油藏
儲(chǔ)層評(píng)價(jià)新的表征參數(shù)。為華北油氣田低滲透儲(chǔ)層評(píng)
價(jià)、長(zhǎng)9預(yù)測(cè)儲(chǔ)量升級(jí)提供一定的啟示與理論支撐。
2.在對(duì)紅河油田長(zhǎng)9油藏儲(chǔ)層的巖性、物性、孔隙結(jié)
構(gòu)細(xì)致研究基礎(chǔ)上，除應(yīng)用常規(guī)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)外，額外
選擇Pc20壓力、Rc20半徑，S99.99%-0.04μm，S100-
0.01μm飽和度-平均喉道關(guān)系，結(jié)合沉積相、測(cè)井曲線
相應(yīng)特征，對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行分類評(píng)價(jià)。將紅河油田長(zhǎng)9油藏儲(chǔ)
層劃分為3類，并確定了各表征參數(shù)的分級(jí)界限。
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作者簡(jiǎn)介：沈妍斐，（1987—），女，漢族，河南省南
陽(yáng)市，西南石油大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探方向研究生，助理
研究員，研究方向：致密油氣藏儲(chǔ)量評(píng)價(jià)與勘探。
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能研究[D]. 青島科技大學(xué), 2018.
基 金 項(xiàng) 目 ： 湖 北 省 大 學(xué) 生 創(chuàng) 新 創(chuàng) 業(yè) 訓(xùn) 練 計(jì) 劃 項(xiàng) 目
（編號(hào)：S201910490031），湖北省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目
（編號(hào)：D20191503），武漢工程大學(xué)科學(xué)研究基金
（K201801），武漢工程大學(xué)研究生創(chuàng)新基金（編號(hào)：
cx2020160）。
作者簡(jiǎn)介：熊禮威（1983—），男，漢族，博士，副教
授，研究方向：低溫等離子技術(shù)與薄膜材料。
（上接第100頁(yè)）

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05-20