[发明专利]二维磁性半导体材料MnIn2Se4的制备方法及在光探测器和场效应晶体管的应用

说明书

一种锰铟硒晶体、其制备方法、二维磁性半导体材料、光探测器及场效应晶体管，该锰铟硒晶体的制备方法，包括将锰粉、铟粒、硒粉混合，得到混合物；将得到的混合物真空封入容器内后放入加热设备中生长，得到锰铟硒晶体。本发明的二维磁性半导体材料具有对于可见光的优异光响应性质，同时在温度为2K时表现出铁磁性；锰铟硒晶体采用高温管式炉制备，晶体结晶质量高，可实现大规模制备，对环境无污染。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种二维磁性半导体材料锰铟硒的制备方法及在光探测器和场效应晶体管方面的应用。

背景技术

自2004年二维材料石墨烯被成功制备以来，二维材料因其优异的性质迅速成为最为热门的材料，并在多个领域被证实具有应用潜力。在二维材料中，最受关注的为二维半导体材料。这类半导体材料具有原子级厚度，因此被认为是具有构筑突破摩尔定律极限的新一代场效应晶体管的材料。此外，单层的二维半导体材料通常为直接带隙半导体，因此往往具备优异的光响应性质。因此目前二维半导体材料已经在光电子领域展现出巨大的应用前景。

然而目前对于二维半导体器件的研究只局限于光电子器件领域，鲜有基于二维半导体材料的磁性器件研究。这是因为具有磁性的二维半导体材料非常稀少。如果能够成功制备出一种既具有磁性，又具备较好光电性质的二维半导体材料，则可有望制备出新型自旋光电子及存储器件。因此成功制备出同时具备磁性及优异光电性质的二维半导体材料显得尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种锰铟硒晶体、其制备方法、二维磁性半导体材料、光探测器及场效应晶体管，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种锰铟硒晶体的制备方法，包括如下步骤：

(1)将锰粉、铟粒、硒粉混合，得到混合物；

(2)将步骤(1)得到的混合物真空封入容器内后放入加热设备中生长，得到锰铟硒晶体。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种如上所述制备方法制得的锰铟硒晶体。

作为本发明的又一个方面，还提供了一种二维磁性半导体材料，将如上所述的锰铟硒晶体进行剥离后得到。

作为本发明的再一个方面，还提供了一种光探测器，内含有如上所述的二维磁性半导体材料。

作为本发明的又再一个方面，还提供了一种场效应晶体管，内含有如上所述的二维磁性半导体材料。

基于上述技术方案可知，本发明的锰铟硒晶体、其制备方法、二维磁性半导体材料、光探测器及场效应晶体管相对于现有技术至少具有以下优势之一：

(1)本发明所述的二维磁性半导体材料(MnIn₂Se₄)具有对于可见光的优异光响应性质，同时在温度为2K时表现出铁磁性；

(2)对所述锰铟硒(MnIn₂Se₄)晶体材料进行机械剥离，得到的纳米级厚度的二维磁性半导体材料，可制备成高性能的光电探测器、场效应晶体管，并具有制备新型自旋器件的潜力；

(3)所述锰铟硒晶体采用高温管式炉制备，晶体结晶质量高，可实现大规模制备，对环境无污染。

附图说明

图1为本发明实施例1中制备的锰铟硒晶体的X射线衍射图；

图2为本发明实施例1中制备的锰铟硒晶体的X射线光电子能谱图；

图3为本发明实施例1中制备的纳米级锰铟硒薄层二维材料的原子力显微镜图；

图4A为本发明实施例1中制备的场效应晶体管的光响应性质图；