- 文献综述（或调研报告）：
二维异质结化学气相沉积法制备与性质研究
绪论
前言
从2004年英国曼彻斯特大学Novoselov教授用胶带法成功剥离出单层石墨以来[1]，石墨烯作为新一代革命性的新材料，以其众多的优良特性[2]备受关注。随着对石墨烯的研究不断深入，更多的二维类石墨烯材料逐渐被发现，如六方氮化硼、过渡金属硫化物MX2（M=W，Mo，Te；X=S，Se），黑磷等[3]，他们同样极具研究价值，某些特性甚至优于石墨烯。石墨烯由于其价带和导带交与拉克点，结构中无能隙，无法提供低截至态电流，开关比小，因而在逻辑电路中的应用收到了很大限制，故无法在电子学器件中广泛应用。而诸如WS2、WSe2、MoS2等超薄层状过渡金属硫属化合物（TMDCs）由于它们出色的由分子层数控制的电学性质、光电特性，被视为下一代的电子器件、光电器件的未来材料，得到了很多关注[4]。这些材料在拥有和石墨烯相当的柔韧性时，还拥有高开关比[5]、间接带隙直接带隙转换、高激子结合能以及高的荧光量子效率，而二维材料的这些性能与其体材的性能截然不同。随着对层状过渡金属硫属化合物的研究不断深入，WS2、MoS2、TiS2已经在催化、光电器件、电池以及固体润滑剂中有了应用 [6]，而当研究继续深入到单层或数层过渡金属硫属化合物时，这些二维材料的性能会更加出色，可以被用来制备更小尺寸、柔韧性好、响应更快的微电子器件以及微光电器件[5]。
过渡金属硫属化合物（TMDCs）同时具备类似石墨烯的二维材料特性和固有带隙，其分子式为MX2，M为过渡金属（W，Mo），X为硫属元素（Se，W，S）。TMDCs的块体是层状材料，层内是结合力强的共价键结合，层间是结合力弱的范德华力结合，通过分子层的叠加形成了快体材了。更重要的是，随着过渡金属硫属化合物的材料尺寸从块体减少到单分子层时，材料也从间接带隙转变为了直接带系。间接带隙是想要的性能，因为它能够有效地吸收光子，对很多探测器和光伏设备的应用非常重要。当材料是直接带系的时候，入射光子可以直接将电子从半导体能量最高的价带激发到能量最低的导带，而不需要和声子作用。在间接带隙材料中，由于激发到空穴的电子具有不同的k传播方向（晶格动量），因此声子相互作用就非常重要。激发态电子必须通过和消耗或发射声子来的是动量，才能够和导带中的空穴相容。但这对间接带隙半导体来说几乎是不可能的，所以其吸收或发射的能力是非常弱的。
单一的二维过渡金属硫属化合物已经得到了很多，例如利用二维WS2制备高相应的UV光电探测器[7]，利用MoS2的高强度和柔韧性[8]，制备柔性光电探测器[9]，以及利用MoS2制备场效应晶体管（FET）[10]。
而两种或多种过渡金属硫属化合物复合的二维异质结也有所报道。异质结的优势在于可以用作P-N结，而P-N结是几乎所有电子设备所必备的。使用二维材料制备P-N结，可以是这些电子设备尺寸更小，更具有柔韧性，甚至可以是透明的[5]。TMDC异质结主要分为纵向异质结和横向异质结两种。纵向异质结是两种二维TMDC薄片相互叠加，虽然这种方法在实验中很容易操作，但由于需要精准对其叠加，在工业生产中是非常难实现的。而横向异质结是两种不同的二维TMDC材料横向搭接，具有理想的锋利且薄的边缘，并且面积也足够大，可以很容易附着上电极。但是由于横向异质结需要第二种材料在第一种材料边缘很像生长，所以制备过程更加困难。但是由于纵向异质结中多种TMDC二维材料的叠加，引入了间接带隙，所以横向异质结的光学性质更加出色。目前二位横向异质结的研究仍处于研究初期，近来才有不同材料复合的二维TMDC异质结才被制备出来，并已经在一些电子设备中得以应用。例如已经有利用横向WS2-WSe2异质结制备出高增益的CMOS[11]。
本文将以过渡金属硫属化合物WS2、WSe2为例，介绍WS2-WSe2二维异质结的制备、性能表征和应用。
制备方法
层状二维异质结的制备方法分为 已经有机械力剥离法、锂离子插层法、液相超声剥离法以及常用的化学气相沉积法(CVD法)，化学气相沉积法又因为反应物固体源的放置方法不同而分为两步法和一步法。目前较为常用的为化学气相沉积法（CVD法），因为该种方法能够制备出仅有几层分子层的二位异质结，因此边缘处分子层薄，光电效应好，满足制备光电传感器等的需求。本研究将通过化学气相沉积法进行大尺寸WS2-WSe2二维异质结制备和探讨。
机械力剥离法
机械力剥离法也称胶带法，最早由2004年英国曼彻斯特大学Novoselov教授[1]使用胶带成功剥离了少层甚至单层的石墨烯后，在二维材料的实验室制备中广泛应用。
机械力剥离法使用特制的胶带，在二维材料的体材上粘一层样品，将没有样品的胶带与有样品的胶带相互粘贴后撕开，并重复这一步骤从而获得多层或单层的二维材料，再将洁净的硅片压在有薄层样品的交代上，并取下硅片，是的该二维材料转移到硅片上制成样品。
电化学锂离子插层剥离法
锂离子插层法是将锂离子插层剂和TMDCs粉末材料进行反应，形成插层化合物LiaMX2（age;1），然后将该插层化合物和质子性溶剂（可选用水、烯酸、易沸腾的醇类物质），反应十分剧烈并伴随着大量氢气的生成，生成的氢气分子在溢出的同时克服了MX2分子层间的范德华力，增大了MX2分子层间的距离，最终得到层状TMDCs。在Zhiyuan Zeng [12]的研究中，利用电化学锂离子插层剥离法可以在60℃条件下，在6小时内制备出少层的MoS2、WS2、WSe2、TiS2、TaS2、ZrS2等TMDCs。
液相超声法
利用液相超声法对TMDCs进行剥离，根据Coleman等的研究[13]，已经能对MoS2、WS2、MoSe2、NbSe2、TaSe2、NiTe2、MoTe2、h-BN以及 Bi2Te3等材料进行液相超声法剥离，在以MoS2为例中，把NMP试剂（N-甲基-2-吡咯烷酮）添加到二硫化钼粉末中进行混合，并先后通过超声震荡、离心以及真空干燥这些方式获得了单层到少层的二维层状二硫化钼。
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