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薄层或单层二硫化钼薄膜的制备及其性能研究

文档作者：邱云帆熊礼威陶雪华骆思成李鑫文档来源：武汉工程大学材料科学与工程学院		更新日期： 2026年05月20日	点击数：
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99
能源环保与安全
引言
自2004年英国曼彻斯特大学的两位科研工作者发现
石墨烯以来，在接下里的几年里，石墨烯以其优异的电
学、光学、力学和电化学特性在储能材料、传感器等方
面获得应用。尽管如此，石墨烯是零带隙二维材料，无
法提供截止态电流，开关比极低，在光电子器件等方面
应用具有一定的局限性。人们通过掺杂、共混、微结构
修饰等尝试将石墨烯的带隙打开，但效果都不甚理想，
还降低了石墨烯的性能。于是，人们将目光转向了其他
二维材料。
二维过渡金属硫化物是最有潜力的一种。其中，典
型的二维MoS2和WS2等具有可调的禁带宽度，展现出优
异的光电性能。单层的MoS2是禁带宽度为1.8 eV的直接
带隙半导体，在光传感器、光电子电路、生物医学成像
等领域有巨大的应用潜力。以二硫化钼、二硒化钼、二
硫化钨和二硒化钨等为代表的一类半导体材料，展现出
优良的光电性能。其自身还兼具独特的柔韧性与高透光
性，可以用来制备下一代柔性甚至透明的可穿戴设备。
单层TMDs材料的研究已经成为光电材料领域中国际前沿
课题中的热点，单层的TMDs极有希望成为下一代半导体
材料，可用来制造更小、能效更高的电子芯片，在未来
的纳米电子领域，将比传统的半导体材料更有优势。
本文采用化学气相沉积法在蓝宝石衬底上生长MoS2
薄膜，通过调节钼源用量及基片位置进行实验，探究不
同实验参数对CVD法合成MoS2薄膜的影响。
一、实验
1.MoS2薄膜的制备
实验装置主要部分的示意图如图1所示。实验原材
料为S粉和MoO3粉末。两份硫（S）粉分为置于管式炉
外侧的加热带内及与管式炉内壁相切的陶瓷舟内，抽真
空至300Pa，调节管式炉参数使炉子25min从室温升温到
850℃。硫粉通过前端的氩气气流，进入高温区与MoO3
粉末发生反应，最终在蓝宝石（Al2O3）衬底上制备出
MoS2薄膜。
图1　实验装置示意图
2.实验参数
表1 　实验参数(300 Pa, 850 ℃)
样 品
组别
样品编号 钼源用量 硫粉用量 基片位置 升温时间 载气流量
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、结果与分析
图2为在蓝宝石基底上观测出的MoS2薄膜的光学显
微镜图。图2a-2e依次为样品编号为1-5的样品。可以观
察到实验制备的MoS2薄膜整体颜色均匀，杂质较少，可
推测出薄膜平面平整均匀，生长连续，形貌较好，是高
质量的薄膜。观察区域中可清晰地看到一条用镊子划过
的划痕，划痕区域与未划区域存在对比度，划痕区域颜
色越深，说明制备出的薄膜厚度越厚，划痕区域颜色越
浅，说明制备出的薄膜厚度越薄。由图中可以看出样品1
至样品4的划痕区域颜色逐渐变浅，薄膜厚度逐渐变薄。
通过样品1、2、4进行对比可得出减少钼粉的用量可以有
效地使薄膜的厚度减少。通过样品2、3进行对比可得出
基片越靠近下游端则制备出的薄膜越薄。样品5为使用最
少的钼源用量并且基片位置最靠近下游端的样品。由图
2 e可看出制备出的样品为许多小的形状不规则的白色颗
粒，没有连接形成连续的薄膜。这些白色的颗粒为MoS2
薄层或单层二硫化钼薄膜的制备及其性能研究
邱云帆　熊礼威　陶雪华　骆思成　李　鑫　　武汉工程大学材料科学与工程学院
【摘　要】采用化学气相沉积法在蓝宝石基片上沉积MoS2薄膜，通过控制其他反应参数不变，改变钼源用量及基片
位置进行实验，探究了钼源用量和基片距离对MoS2薄膜生长的影响。通过光学显微镜、拉曼光谱和原子
力显微镜对薄膜进行表征。实验结果表明，减少钼源用量或将基片放置在下游端的位置可有效地减少薄
膜的厚度，从而制备出薄层或单层的薄膜。
【关键词】二硫化钼薄膜；CVD；薄层
【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2021.24.048
100
能源环保与安全
单晶，这说明当钼源太少并且太靠近下游端时反而不能
生长出所需的薄膜。
图2　MoS2薄膜在蓝宝石基底上的光学显微镜图像
图3　MoS2薄膜在蓝宝石基底上的拉曼光谱图像
图3为MoS2薄膜的拉曼光谱图像，所用的拉曼激发波
长为532nm。图3a-3e依次为样品1-5的拉曼光谱图，图中
存在3个特征峰，分别为MoS2薄膜的面内振动峰峰、面外
振动峰峰以及蓝宝石基片的特征峰。图3a中的面内振动峰
峰位于387.56cm-1处，面外振动峰峰位于411.67cm-1处，峰
位差为24.11cm-1，由此可判断制备出的样品1为4层的MoS2
薄膜，接近块体材料的厚度。图3b中的面内振动峰峰位
于388.53 cm-1处，面外振动峰峰位于411.67 cm-1处，峰位
差为23.14 cm-1，由此可判断制备出的样品2为3层的MoS2
薄膜。图3 c中的面内振动峰峰位于381.24 cm-1处，面外振
动峰峰位于402.45 cm-1处，峰位差为21.21 cm-1，由此可得
制备出的样品3为2层的MoS2薄膜，为薄层的MoS2薄膜。
图3 d中的面内振动峰峰位于383.17 cm-1处，面外振动峰峰
位于402.45 cm-1处，峰位差为19.28 cm-1，则制备出的样品
4为单层的MoS2薄膜。图3 e中的面内振动峰峰位于384.13 cm-1处，面外振动峰峰位于402.45 cm-1处，峰位差为18.32
cm-1，说明制备出的样品5为单层的单晶。对比以上5个
样品，样品4为均匀的高质量单层薄膜，是最为理想的样
品。
三、结论
本文通过化学气相沉积法在蓝宝石衬底上生长MoS2薄
膜，探究了钼源用量和基片位置对MoS2薄膜生长的影响。
通过控制其他反应参数不变，分别在钼源用量为0.8 mg、
0.5 mg、0.2 mg，基片位置为100 mm、80 mm、50 mm的条
件下进行实验。实验结果表明，在其他反应参数不变的情
况下，当钼源用量逐渐减少时，制备出的薄膜厚度逐渐减
少；当基片位置逐渐靠近排气方向的下游端时，制备出的
薄膜厚度逐渐减少；当钼源用量减少到0.2 mg并且基片位
置为50 mm时，制备出的样品反而为分散开的单晶，不能
形成连续的薄膜，因此需将实验参数控制在合适的范围内
才有助于薄层或单层MoS2薄膜的生长。
参考文献：
[1]Zhou K , Mao N , Wang H , et al. A Mixed-
Solvent Strategy for Efficient Exfoliation of Inorganic Graphene Analogues[J]. Angewandte Chemie, 2011, 123(46):11031-11034.
[2]Zhiyuan , Zeng , Dr , et al. Single-Layer Semiconducting
Nanosheets: High-Yield Preparation and Device Fabrication[J]. Angewandte Chemie, 2011, 50(47):11093-
11097.
[3]Zeng Z , Sun T , Zhu J , et al. An Effective Method for the Fabrication of Few-Layer-Thick Inorganic Nanosheets[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2012, 124(36):1-6.
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[5]Lee Y H , Zhang X Q , Zhang W , et al. Synthesis of （下转第112页）
112
油气勘查
毛 管 压
力
曲线
排 驱
压 力
(MPa)
<0.25 0.25~0.7 0.7~3.5 >3.5
中 值
压 力
(MPa)
<3.5 3.5~10.5 10.5~40.0 >40.0
中 值
半 径
(μm)
>0.25 0.1~0.25 0.05~0.10 <0.05
P c20
压 力
(MPa)
<0.5 0.5~4.5 4.5~20.5 >20.5
R c 2 0
半 径
(μm)
>3.5 0.5~3.5 0.1~0.5 <0.1
平 均
半 径
(μm)
>1.0 0.2~1.0 0.06~0.20 <0.06
GR曲线形态
厚 箱 形 、
厚箱-钟形
复合型
厚 齿 化 箱
形 、 漏 斗
形
厚 齿 化 箱
形、漏斗形
钟 形 、 扁
漏 斗 形 、
指形
电性
参数
声波时
差(μs/
m)
>240 230~240 220~230 <220
补偿密
度 ( g /
cm3)
<2.4 2.4~2.47 2.47~2.56 <2.56
沉积微相 分流河道
分 流河
道 、 河 口
坝
分 流河道、
河口坝
河 口 坝 、
远砂坝
综合评价 好 较好 一般 非
四、结论
1.深化了对低渗透油藏的认识，提出了低渗透油藏
储层评价新的表征参数。为华北油气田低渗透储层评
价、长9预测储量升级提供一定的启示与理论支撑。
2.在对红河油田长9油藏储层的岩性、物性、孔隙结
构细致研究基础上，除应用常规储层评价参数外，额外
选择Pc20压力、Rc20半径，S99.99%-0.04μm，S100-
0.01μm饱和度-平均喉道关系，结合沉积相、测井曲线
相应特征，对储层进行分类评价。将红河油田长9油藏储
层划分为3类，并确定了各表征参数的分级界限。
参考文献：
[1]裘亦楠.油气储层评价技术[M].北京,石油工业出版
社,1997
[2]杨正明,姜汉桥,朱光亚,等.低渗透含水气藏储层评价参
数研究[J].石油学报,2008
[3]杨正明,于荣泽,苏致新,等.特低渗透油藏非线性渗流数
值模拟[J].石油勘探与开发,2010
作者简介：沈妍斐，（1987—），女，汉族，河南省南
阳市，西南石油大学矿产普查与勘探方向研究生，助理
研究员，研究方向：致密油气藏储量评价与勘探。
Large-Area MoS2 Atomic Layers with Chemical Vapor Deposition[J]. Advanced Materials, 2012, 24(17):2320-
2325.
[6]Hai L , Yin Z , He Q , et al. Fabrication of single- and multilayer MoS2 film-based field-effect transistors for sensing NO at room temperature.[J]. Small, 2012, 8(1):63-67.
[7]刘保强. 卤化物辅助制备二维二硫化钨/二硒化钨及性
能研究[D]. 青岛科技大学, 2018.
基 金 项 目 ： 湖 北 省 大 学 生 创 新 创 业 训 练 计 划 项 目
（编号：S201910490031），湖北省教育厅重点项目
（编号：D20191503），武汉工程大学科学研究基金
（K201801），武汉工程大学研究生创新基金（编号：
cx2020160）。
作者简介：熊礼威（1983—），男，汉族，博士，副教
授，研究方向：低温等离子技术与薄膜材料。
（上接第100页）

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