一种基于1T’相二维半导体界面的聚合物铁电超薄膜外延生长方法

本发明涉及纳米科学，具体涉及一种基于1t’相二维半导体界面的聚合物铁电超薄膜外延生长方法。

背景技术：

1、进入21世纪，芯片器件微型化、集成化、低能耗的发展需求，加速促进了新型铁电功能薄膜基础及应用研究，但该领域仍存在许多亟待解决的科学技术问题。其中，探寻高性能铁电薄膜体系及高质量铁电超薄膜(厚度小于100nm)制备策略，是铁电领域的一大挑战。铁电薄膜按化学组成不同，可以分为有机和无机两类，以钙钛矿型氧化物为代表的无机铁电薄膜，虽然具有自发极化强度大、耐高温等特点，但存在明显的尺寸效应和“死层”现象。相比而言，以偏氟乙烯-三氟乙烯[p(vdf-trfe)]为代表的聚合物有机铁电薄膜，不仅具有与无机铁电相媲美的优异铁电性、介电性、热释电性等性能，还具有柔性好、韧性高、耐冲击、易加工的优点，且有望突破尺寸效应。尽管如此，如何实现大面积、高质量聚合物铁电超薄膜可控制备一直是一个极具挑战性的技术问题。

2、学术界和工业界先期开展了基于旋涂法、静电纺丝法和朗格缪尔(lb)技术的聚合物铁电薄膜生长研究。结果表明，旋涂、静电纺丝、lb技术均面临成膜质量和结晶度相对较低的问题，导致聚合物铁电薄膜剩余极化较小，无法满足高性能低功耗器件的应用需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种基于1t’相二维半导体界面的聚合物铁电超薄膜外延生长方法，旨在解决现有技术中无法实现大面积、高质量聚合物铁电超薄膜可控制备的技术问题。

2、为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种基于1t’相二维半导体界面的聚合物铁电超薄膜外延生长方法，包括：

3、制备1t’相二维半导体薄膜，或制备1t’相二维半导体块状单晶；

4、将铁电聚合物粉末均匀溶解于有机溶剂中，获得的溶液静置后，利用旋涂法或lb技术，均匀覆盖于1t’相二维半导体薄膜或1t’相二维半导体块状单晶表面，通过控制旋涂机转速或lb拉膜次数得到厚度可控的非晶聚合物铁电超薄膜；

5、将覆盖有非晶聚合物铁电超薄膜的1t’相二维半导体进行热退火处理，从而实现单晶聚合物铁电超薄膜在1t’相二维半导体表面外延生长，同时得到1t’相二维半导体与单晶聚合物铁电薄膜异质结构筑。

6、进一步地，采用微机械剥离法、化学气相沉积法在sio2/si衬底上制备大面积1t’相二维半导体薄膜。

7、进一步地，采用化学气相输运法制备1t’相二维半导体块状单晶。

8、进一步地，在水浴加热条件下，利用磁子通过搅拌方式将铁电聚合物粉末均匀溶解于有机溶剂中。

9、进一步地，所述1t’相二维半导体厚度为0.7nm～1mm。

10、更进一步地，所述单晶聚合物铁电超薄膜为p(vdf-trfe)等有机高分子纳米铁电薄膜，厚度为0.5nm～100nm。

11、更进一步地，所述1t’相二维半导体为1t’相过渡金属硫化物，包括1t’相二硫化铼(1t’-res2)、1t’相二硒化铼(1t’-rese2)等。

12、更进一步地，所述铁电聚合物粉末为p(vdf-trfe)等，其中vdf与trfe的摩尔比能够进行调节。

13、作为更进一步地，所述有机溶剂为碳酸二乙脂(dec)，溶液浓度通过加入不同量的dec来调整。

14、作为更进一步地，热退火处理温度为130-140℃，退火氛围为空气，退火时间为0.5-2小时。

15、本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：本发明利用大尺寸1t’相二维半导体表面的外延作用，即1t’相二维半导体作为外延衬底所起的“晶轴取向(或极化)调控作用”，来获得大面积单晶聚合物铁电超薄膜，且该薄膜具有100％的面外极化特性。

16、相较于旋涂法、lb等传统制膜技术，本发明基于1t’相二维半导体界面的聚合物铁电超薄膜外延生长方法具有多种显著优势：(1)可同时实现晶圆级、单晶聚合物铁电纳米薄膜制备以及高品质、可编程二维半导体/外延铁电异质结构筑；(2)二维半导体/外延铁电异质结构筑拥有在微米尺度上可重构的极化特性，从而基于单一异质结构可以实现低功耗、多功能进程集成器件等新原理器件；(3)该方法流程简单、成本低廉、不受环境限制(空气退火即可)；(4)该方法可以通过外延生长方式实现从非晶到单晶聚合物铁电薄膜调控，可调薄膜厚度范围为0.5nm～100nm。

技术特征：

1.一种基于1t’相二维半导体界面的聚合物铁电超薄膜外延生长方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述一种基于1t’相二维半导体界面的聚合物铁电超薄膜外延生长方法，其特征在于，采用微机械剥离法、化学气相沉积法在sio2/si衬底上制备大面积1t’相二维半导体薄膜。

3.根据权利要求1所述一种基于1t’相二维半导体界面的聚合物铁电超薄膜外延生长方法，其特征在于，采用化学气相输运法制备1t’相二维半导体块状单晶。

4.根据权利要求1所述一种基于1t’相二维半导体界面的聚合物铁电超薄膜外延生长方法，其特征在于，在水浴加热条件下，利用磁子通过搅拌方式将铁电聚合物粉末均匀溶解于有机溶剂中。

5.根据权利要求1所述一种基于1t’相二维半导体界面的聚合物铁电超薄膜外延生长方法，其特征在于，所述1t’相二维半导体厚度为0.7nm～1mm。

6.根据权利要求1所述一种基于1t’相二维半导体界面的聚合物铁电超薄膜外延生长方法，其特征在于，所述单晶聚合物铁电超薄膜为有机高分子纳米铁电薄膜，厚度为0.5nm～100nm。

7.根据权利要求1所述一种基于1t’相二维半导体界面的聚合物铁电超薄膜外延生长方法，其特征在于，所述1t’相二维半导体为1t’相过渡金属硫化物。

8.根据权利要求1所述一种基于1t’相二维半导体界面的聚合物铁电超薄膜外延生长方法，其特征在于，所述铁电聚合物粉末为p(vdf-trfe)，其中vdf与trfe的摩尔比能够进行调节。

9.根据权利要求1所述一种基于1t’相二维半导体界面的聚合物铁电超薄膜外延生长方法，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸二乙脂，溶液浓度通过加入不同量的碳酸二乙脂来调整。

10.根据权利要求1所述一种基于1t’相二维半导体界面的聚合物铁电超薄膜外延生长方法，其特征在于，热退火处理温度为130-140℃，退火氛围为空气，退火时间为0.5-2小时。

技术总结本发明公开了一种基于1T’相二维半导体界面的聚合物铁电超薄膜外延生长方法，包括：制备1T’相二维半导体薄膜，或制备1T’相二维半导体块状单晶；将铁电聚合物粉末均匀溶解于有机溶剂中，获得的溶液静置后，利用旋涂法或LB技术，均匀覆盖于1T’相二维半导体薄膜或1T’相二维半导体块状单晶表面，通过控制旋涂机转速或LB拉膜次数得到厚度可控的非晶聚合物铁电超薄膜；将覆盖有非晶聚合物铁电超薄膜的1T’相二维半导体进行热退火处理，从而实现单晶聚合物铁电超薄膜在1T’相二维半导体表面外延生长，同时得到1T’相二维半导体与单晶聚合物铁电薄膜异质结构筑。本方法解决了现有技术中无法实现大面积、高质量聚合物铁电超薄膜可控制备的技术问题。技术研发人员：李大卫,王虎,孔繁艺,佟云颢,侯心怡,代建勋,黄火林,姬琛华受保护的技术使用者：大连理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25