[发明专利]一种二维层状碲掺杂锗烷及制备方法

说明书

本发明公开一种二维层状碲掺杂锗烷及制备方法，将Ca、GeTe、Ge按化学计量比封装在在管式炉中进行程序控温得到CaGe_2‑2xTe_2x(x＝0.01‑0.05)前驱体,将得到的前驱体与盐酸在低温下进行反应，即可得到二维层状的半导体材料碲掺杂锗烷HGe_1‑xTe_x(x＝0.01‑0.05)。这种二维材料在光电器件、储能、光催化等方面具有较大的潜在应用。

技术领域

本发明涉及一种掺杂二维层状锗烷的制备，属于二维锗基半导体材料制备技术领域，具体涉及一种二维层状碲掺杂锗烷及制备方法。

背景技术

自2004年石墨烯问世以来，各种新型的二维材料不断涌现，在光电器件、光催化、储能等领域具有非常大的应用潜力。石墨烯具有超高的电子迁移率，但其零带隙限制了它在场效应晶体管等方面的应用。过渡金属硫化物如MoS₂、WS₂等，具有合适的带隙(1-2eV)，开关比可达10⁸，但其电子迁移率不高(数值只有几个平方厘米每伏每秒)。相较而言，锗烯具有极高的载流子迁移率(10⁵cm² V^-1s^-1)，虽然其依然是零带隙的类石墨烯二维材料，但是通过氢化可进一步打开其带隙。研究表明，氢化锗烯(锗烷)带隙可达到1.56eV，且理论载流子迁移率可达18000cm² V^-1s^-1以上。对锗烷进行掺杂和功能化可进一步调节其带隙，从而调控其电子性质和光学特性。早在2001年，Vogg等人就研究了Si/Ge合金二维块体材料，带隙能够从1.3-2.4eV变化。2014年，Arguilla等制备Sn掺杂锗烷，随Sn掺杂量的增加，锗烷带隙由1.59eV降低至1.38eV。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种二维层状碲掺杂锗烷及制备方法。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种二维层状碲掺杂锗烷及制备方法，按照下述步骤进行：按前驱体摩尔比例在石英管中真空封装Ge、GeTe、Ca三种物质置于真空管式炉中，设定控温程序，自室温在300±20min之内升温至1000—1100摄氏度并维持以熔融，经冷却后得到CaGe_2-2xTe_2x(x＝0.01-0.05)前驱体，再将前驱体与过量盐酸在零下35—零下45摄氏度下进行反应，以去除元素钙，得到二维层状的半导体材料碲掺杂锗烷HGe_1-xTe_x(x＝0.01-0.05)。

而且，在控温程序中，室温为20—30摄氏度。

而且，真空管式炉中真空度需达到0.1MPa以下。

而且，在控温程序中，在1000—1100摄氏度下维持1000—1200min以进行熔融，优选在1050—1100摄氏度下维持1100—1200min；在冷却中，以5—10℃/min降温至室温。

而且，前驱体与过量盐酸进行反应时，选择搅拌速度为200-800r/min，反应时间为150—350小时，优选200—300小时。

而且，前驱体与过量盐酸进行反应后，将得到的产物用去离子水、乙醇分别洗涤三次，室温20—30摄氏度下真空干燥6—8h，得到二维层状的半导体材料碲掺杂锗烷HGe_1-xTe_x(x＝0.01-0.05)。

而且，前驱体与过量盐酸进行反应时，相对于前驱体中钙元素用量，盐酸的用量为过量，以完全去除元素钙。