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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思成李鑫文檔來源：武漢工程大學材料科學與工程學院		更新日期： 2026年05月20日	點擊數：
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99
能源環保與安全
引言
自2004年英國曼徹斯特大學的兩位科研工作者發現
石墨烯以來，在接下里的幾年里，石墨烯以其優異的電
學、光學、力學和電化學特性在儲能材料、傳感器等方
面獲得應用。盡管如此，石墨烯是零帶隙二維材料，無
法提供截止態電流，開關比極低，在光電子器件等方面
應用具有一定的局限性。人們通過摻雜、共混、微結構
修飾等嘗試將石墨烯的帶隙打開，但效果都不甚理想，
還降低了石墨烯的性能。于是，人們將目光轉向了其他
二維材料。
二維過渡金屬硫化物是最有潛力的一種。其中，典
型的二維MoS2和WS2等具有可調的禁帶寬度，展現出優
異的光電性能。單層的MoS2是禁帶寬度為1.8 eV的直接
帶隙半導體，在光傳感器、光電子電路、生物醫學成像
等領域有巨大的應用潛力。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體材料，展現出
優良的光電性能。其自身還兼具獨特的柔韌性與高透光
性，可以用來制備下一代柔性甚至透明的可穿戴設備。
單層TMDs材料的研究已經成為光電材料領域中國際前沿
課題中的熱點，單層的TMDs極有希望成為下一代半導體
材料，可用來制造更小、能效更高的電子芯片，在未來
的納米電子領域，將比傳統的半導體材料更有優勢。
本文采用化學氣相沉積法在藍寶石襯底上生長MoS2
薄膜，通過調節鉬源用量及基片位置進行實驗，探究不
同實驗參數對CVD法合成MoS2薄膜的影響。
一、實驗
1.MoS2薄膜的制備
實驗裝置主要部分的示意圖如圖1所示。實驗原材
料為S粉和MoO3粉末。兩份硫（S）粉分為置于管式爐
外側的加熱帶內及與管式爐內壁相切的陶瓷舟內，抽真
空至300Pa，調節管式爐參數使爐子25min從室溫升溫到
850℃。硫粉通過前端的氬氣氣流，進入高溫區與MoO3
粉末發生反應，最終在藍寶石（Al2O3）襯底上制備出
MoS2薄膜。
圖1　實驗裝置示意圖
2.實驗參數
表1 　實驗參數(300 Pa, 850 ℃)
樣 品
組別
樣品編號 鉬源用量 硫粉用量 基片位置 升溫時間 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、結果與分析
圖2為在藍寶石基底上觀測出的MoS2薄膜的光學顯
微鏡圖。圖2a-2e依次為樣品編號為1-5的樣品。可以觀
察到實驗制備的MoS2薄膜整體顏色均勻，雜質較少，可
推測出薄膜平面平整均勻，生長連續，形貌較好，是高
質量的薄膜。觀察區域中可清晰地看到一條用鑷子劃過
的劃痕，劃痕區域與未劃區域存在對比度，劃痕區域顏
色越深，說明制備出的薄膜厚度越厚，劃痕區域顏色越
淺，說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的劃痕區域顏色逐漸變淺，薄膜厚度逐漸變薄。
通過樣品1、2、4進行對比可得出減少鉬粉的用量可以有
效地使薄膜的厚度減少。通過樣品2、3進行對比可得出
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則的白色顆
粒，沒有連接形成連續的薄膜。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　駱思成　李　鑫　　武漢工程大學材料科學與工程學院
【摘　要】采用化學氣相沉積法在藍寶石基片上沉積MoS2薄膜，通過控制其他反應參數不變，改變鉬源用量及基片
位置進行實驗，探究了鉬源用量和基片距離對MoS2薄膜生長的影響。通過光學顯微鏡、拉曼光譜和原子
力顯微鏡對薄膜進行表征。實驗結果表明，減少鉬源用量或將基片放置在下游端的位置可有效地減少薄
膜的厚度，從而制備出薄層或單層的薄膜。
【關鍵詞】二硫化鉬薄膜；CVD；薄層
【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2021.24.048
100
能源環保與安全
單晶，這說明當鉬源太少并且太靠近下游端時反而不能
生長出所需的薄膜。
圖2　MoS2薄膜在藍寶石基底上的光學顯微鏡圖像
圖3　MoS2薄膜在藍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，所用的拉曼激發波
長為532nm。圖3a-3e依次為樣品1-5的拉曼光譜圖，圖中
存在3個特征峰，分別為MoS2薄膜的面內振動峰峰、面外
振動峰峰以及藍寶石基片的特征峰。圖3a中的面內振動峰
峰位于387.56cm-1處，面外振動峰峰位于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中的面內振動峰峰位
于388.53 cm-1處，面外振動峰峰位于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中的面內振動峰峰位于381.24 cm-1處，面外振
動峰峰位于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中的面內振動峰峰位于383.17 cm-1處，面外振動峰峰
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中的面內振動峰峰位于384.13 cm-1處，面外振動峰峰位于402.45 cm-1處，峰位差為18.32
cm-1，說明制備出的樣品5為單層的單晶。對比以上5個
樣品，樣品4為均勻的高質量單層薄膜，是最為理想的樣
品。
三、結論
本文通過化學氣相沉積法在藍寶石襯底上生長MoS2薄
膜，探究了鉬源用量和基片位置對MoS2薄膜生長的影響。
通過控制其他反應參數不變，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
件下進行實驗。實驗結果表明，在其他反應參數不變的情
況下，當鉬源用量逐漸減少時，制備出的薄膜厚度逐漸減
少；當基片位置逐漸靠近排氣方向的下游端時，制備出的
薄膜厚度逐漸減少；當鉬源用量減少到0.2 mg并且基片位
置為50 mm時，制備出的樣品反而為分散開的單晶，不能
形成連續的薄膜，因此需將實驗參數控制在合適的范圍內
才有助于薄層或單層MoS2薄膜的生長。
參考文獻：
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Solvent Strategy for Efficient Exfoliation of Inorganic Graphene Analogues[J]. Angewandte Chemie, 2011, 123(46):11031-11034.
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Nanosheets: High-Yield Preparation and Device Fabrication[J]. Angewandte Chemie, 2011, 50(47):11093-
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[5]Lee Y H , Zhang X Q , Zhang W , et al. Synthesis of （下轉第112頁）
112
油氣勘查
毛 管 壓
力
曲線
排 驅
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
厚 箱 形 、
厚箱-鐘形
復合型
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
聲波時
差(μs/
m)
>240 230~240 220~230 <220
補償密
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 、
遠砂壩
綜合評價 好 較好 一般 非
四、結論
1.深化了對低滲透油藏的認識，提出了低滲透油藏
儲層評價新的表征參數。為華北油氣田低滲透儲層評
價、長9預測儲量升級提供一定的啟示與理論支撐。
2.在對紅河油田長9油藏儲層的巖性、物性、孔隙結
構細致研究基礎上，除應用常規儲層評價參數外，額外
選擇Pc20壓力、Rc20半徑，S99.99%-0.04μm，S100-
0.01μm飽和度-平均喉道關系，結合沉積相、測井曲線
相應特征，對儲層進行分類評價。將紅河油田長9油藏儲
層劃分為3類，并確定了各表征參數的分級界限。
參考文獻：
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數研究[J].石油學報,2008
[3]楊正明,于榮澤,蘇致新,等.特低滲透油藏非線性滲流數
值模擬[J].石油勘探與開發,2010
作者簡介：沈妍斐，（1987—），女，漢族，河南省南
陽市，西南石油大學礦產普查與勘探方向研究生，助理
研究員，研究方向：致密油氣藏儲量評價與勘探。
Large-Area MoS2 Atomic Layers with Chemical Vapor Deposition[J]. Advanced Materials, 2012, 24(17):2320-
2325.
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[7]劉保強. 鹵化物輔助制備二維二硫化鎢/二硒化鎢及性
能研究[D]. 青島科技大學, 2018.
基 金 項 目 ： 湖 北 省 大 學 生 創 新 創 業 訓 練 計 劃 項 目
（編號：S201910490031），湖北省教育廳重點項目
（編號：D20191503），武漢工程大學科學研究基金
（K201801），武漢工程大學研究生創新基金（編號：
cx2020160）。
作者簡介：熊禮威（1983—），男，漢族，博士，副教
授，研究方向：低溫等離子技術與薄膜材料。
（上接第100頁）

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