[发明专利]圆晶级大面积半导体纳米片及其制备方法

说明书

一种圆晶级大面积半导体纳米片及其制备方法。该制备方法通过调节合金催化剂的组分、利用合金催化剂的偏析来实现半导体材料从一维纳米线到二维纳米片的转变，整个过程无需借助光刻及电子束曝光等微纳加工设备，工艺简单，易于实现二维半导体纳米片材料的大规模生产。此外，本公开制备的二维半导体纳米片密度可控，在衬底上可以得到超高密度的二维高质量纳米片，可以大大节约片状半导体纳米材料的生产成本。

技术领域

本公开属于半导体材料制备技术领域，涉及一种圆晶级大面积半导体纳米片及其制备方法，主要涉及一种利用合金催化剂的偏析来实现圆晶级大面积半导体纳米片的制备方法。

背景技术

低维半导体材料是下一代高性能纳米电子器件、纳米光子器件及量子器件的重要组成部分。低维半导体材料按照维度可分为零维半导体材料、一维半导体材料及二维半导体材料。与一维半导体纳米线相比，半导体纳米片是一种典型的二维半导体材料。人们通过改变纳米片的厚度，可以实现半导体纳米片的能带结构从三维体材料到二维材料的精确调控。近年来，对于未来的CMOS节点，由堆叠的纳米片构成的纳米片场效应晶体管是鳍型场效应晶体管和平面型场效应器件极具吸引力的替代物。此外，二维半导体纳米片与零维半导体量子点及一维半导体纳米线相比，具有更大的表面积，其在光伏及传感等领域具有重要的应用前景。

为了实现以上应用，人们首先必须可控制备出二维半导体纳米片。目前，人们主要采用微纳加工的方法在半导体衬底上选区外延半导体纳米片。此外，也有课题组报道了采用晶面孪晶诱导的方法制备半导体纳米叶。然而，这些方法存在纳米片产量低、衬底依赖性大以及工艺复杂等问题。为了解决这些问题，人们必须找到一种简单、易于控制、衬底依赖性低且成本低廉的大面积半导体纳米片的制备方法。

发明内容

本公开所要解决的技术问题是提供一种圆晶级大面积半导体纳米片制备方法。本公开利用合金催化剂的偏析在传统半导体、二维层状半导体、金属及氧化物等多种衬底上均可实现二维半导体纳米片的大面积制备。本公开制备的二维半导体纳米片具有产量大、均匀性及重复性好、晶体质量高、尺寸可控性好且材料非常容易从衬底上剥离和转移，易于后续器件加工。同时，本公开是在样品生长过程中通过调节合金催化剂的组分、利用合金催化剂的偏析来实现半导体材料从一维纳米线到二维纳米片的转变，整个过程无需借助光刻及电子束曝光等微纳加工设备，工艺简单，易于实现二维半导体纳米片材料的大规模生产。此外，本公开制备的二维半导体纳米片密度可控，在衬底上可以得到超高密度的二维高质量纳米片，可以大大节约片状半导体纳米材料的生产成本。

技术方案：

根据本公开的一个方面，提供了一种圆晶级大面积半导体纳米片的制备方法，包括：

步骤(a)：在衬底(10)上采用第一合金催化剂(11)催化生长第一一维半导体纳米线(12)；

步骤(b)：调节第一一维半导体纳米线顶端第一合金催化剂(11)的组分，使第一合金催化剂(11)发生偏析；

步骤(c)：从第一合金催化剂(11)中析出第一金属颗粒(13)，析出的第一金属颗粒迁移至衬底(10)上，同时，偏析改变第一一维半导体纳米线(12)晶面的生长速率，使得第一一维半导体纳米线(12)转变为第一二维半导体纳米片(14)，其顶端合金催化剂为第二合金催化剂(15)；

步骤(d)：迁移至衬底上的第一金属颗粒(13)催化生长出新的第二一维半导体纳米线(16)，其顶端合金催化剂为第三合金催化剂(17)，第三合金催化剂(17)也发生与第一合金催化剂(11)相同的偏析；此外，第一二维半导体纳米片(14)顶端的第二合金催化剂(15)再次发生偏析；