[发明专利]一种镓烯的制备方法在审

专利信息
申请号: 201810368966.9 申请日: 2018-04-23
公开(公告)号: CN108315814A 公开(公告)日: 2018-07-24
发明(设计)人: 陶敏龙;王俊忠;涂玉兵;孙凯 申请(专利权)人: 西南大学
主分类号: C30B29/02 分类号: C30B29/02;C30B29/64;C30B23/02
代理公司: 重庆华科专利事务所 50123 代理人: 康海燕
地址: 400715*** 国省代码: 重庆;50
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摘要:
搜索关键词: 热蒸发 镓原子 衬底 镓源 制备 加热 单原子层 生长 分子束外延技术 超高真空环境 过渡层表面 六角蜂窝 退火处理 微观结构 原位退火 过渡层 除气 重构 清洗 研究
【说明书】:

发明公开了一种镓烯的制备方法,其包括如下步骤:1)对Si衬底依次进行清洗、除气和退火处理,得到Si(111)‑7×7表面;2)加热镓源使镓原子以热蒸发的形式生长到Si(111)‑7×7表面,再进行原位退火处理,在Si(111)‑7×7表面上重构形成√3×√3‑Ga表面;3)调节衬底的温度为30~60℃,加热镓源使镓原子以热蒸发的形式生长到√3×√3‑Ga表面,生成过渡层;4)调节衬底的温度为室温,加热镓源使镓原子以热蒸发的形式生长到过渡层表面,形成呈六角蜂窝结构的单原子层的镓烯。其利用分子束外延技术,在超高真空环境下,制备出单原子层的镓烯,利于镓烯微观结构与性质的研究。

技术领域

本发明涉及二维材料制备技术,具体涉及一种镓烯的制备方法。

背景技术

“镓烯”是指由镓原子结合而成的一种类石墨烯二维晶体材料。这种二维材料具有非常优异的特性,如高表面积比、高杨氏弹性模量、优异的导热导电性等,在吸附、催化、光电等方面展现出巨大应用潜能,为构筑新型的电子器件提供了新机遇。

目前,成功制备出的单元素类石墨烯二维晶体材料主要有硅烯、锗烯、锡烯、硼烯、磷烯和镓烯。其中前五种烯材料都已经采用外延生长技术制备成功,而镓烯仅有美国休斯顿莱斯大学的研究者采用固液剥离法制得。然而,固液剥离法是一种“自上而下”的制备方法,不利于镓烯微观结构与性质的研究,也无法得到单原子层的镓烯。因此,有必要开发一种“自下而上”的镓烯制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种镓烯的制备方法,其利用分子束外延技术,在超高真空环境下,制备出单原子层的镓烯,利于镓烯微观结构与性质的研究。

本发明所述的镓烯的制备方法,其包括如下步骤:

1)采用Si衬底,选择Si衬底的(111)晶面为晶体取向,对Si衬底依次进行清洗、除气和退火处理,得到Si(111)-7×7表面;

2)Si(111)衬底的生长:在真空度高于3.0×10-10mbar的条件下,加热镓源使镓原子以热蒸发的形式生长到Si(111)-7×7表面,再进行原位退火处理,在Si(111)-7×7表面上重构形成R30°表面;原位退火过程中会有部分镓原子从Si衬底表面脱附,剩下的镓原子在Si(111)-7×7表面上重构形成R30°表面;

3)过渡层的生长:调节衬底的温度为30~60℃,加热镓源使镓原子以热蒸发的形式生长到R30°表面,生成结构的过渡层,所述过渡层为单原子薄膜;

4)镓烯的生长:调节衬底的温度为室温,加热镓源使镓原子以热蒸发的形式生长到过渡层表面,形成呈六角蜂窝结构的单原子层的镓烯。

进一步,所述步骤1)中清洗的具体方法是:将Si衬底先放在酒精中超声清洗,然后再放在丙酮中超声清洗。

进一步,所述步骤1)中除气的具体方法是:将清洗后的Si衬底放在超高真空腔内,在温度为450~650℃的条件下除气6~12h,然后冷却至室温。

进一步,所述步骤1)中退火的具体方法是:将除气后的Si衬底在5~20s内从室温升至1000~1300℃,退火3~10次,每次退火时间为5~20s。

进一步,所述步骤2)中的原位退火处理的温度为500~600℃,时间为5~50min。

进一步,所述步骤2)、3)和4)中镓源的加热温度为600~900℃。

本发明利用分子束外延技术,在超高真空环境下,“自下而上”使镓原子外延生长形成镓烯,制得的镓烯为单原子层,呈六角蜂窝结构,相对于采用“自上而下”制得的镓烯,更加有利于其微观结构与性质的研究,也可以得到更加有序的镓烯。

附图说明

图1是用于制备镓烯的装置的结构示意图;

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