[发明专利]一种硒化钯单晶及其制备和应用

说明书

本发明属于单晶制备技术领域，具体公开了一种二硒化钯(PdSe₂)单晶的合成方法，即在810～850℃和450～600℃的温度下分别加热Pd粉、Se粉使其蒸发，并在保护气作为载气的情况下使其运输至基底表面进行反应生长，制备出所述的PdSe₂单晶，其中，载气流量为50～90sccm。另一方面，将所合成的PdSe₂单晶制备成电学、光电学器件，通过对器件的测试，证实PdSe₂为一种具有高迁移率和高响应性的新型空气稳定型二维材料，可成为下一代光电应用的高质量候补材料。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及二硒化钯单晶、制备及其在电学、光电学器件的应用。

技术背景

自2004年发现石墨烯以来，原子级厚度的二维材料由于具有出色的物理和化学特性以及层数依赖性，使其逐渐成为下一代电子学和光电子学的重要组成部分^1-9。最近，原子结构呈弯曲或弯曲皱起的六角形二维材料，例如黑磷^10，11和黑砷^12，13，因其高迁移率的特性和对外部刺激的面内各向异性响应而受到广泛关注。

理论上已经研究了许多具有弯曲或皱起五边形结构的二维材料，但是由于大多数在空气中具有不稳定性，在实验中很少进行研究，例如，已经理论预测出原子结构为五边形的石墨烯和SnS₂，具有独特的物理特性，具有非寻常的负泊松比，并且属于室温2D量子自旋霍尔绝缘体^14，15。有趣的是，具有层状弯曲或褶皱五边形结构的二硒化钯(PdSe₂)稳定且具有出色的光电学特性，例如极高的载流子迁移率¹⁶，高光响应度以及可调节的带隙(范围从金属(体材料)到1.3(单层材料)左右不等)¹⁷。近年来，化学气相沉积(CVD)方法在合成二维材料的方法中取得了巨大成功，因为它可以精确控制二维材料材料的成分¹⁸，厚度¹⁹和形态^20-22，从而使合成的二维材料结晶度高并且可大面积合成。最近，通过机械剥离法获得的少层具有窄带隙的PdSe₂在可见光²³，红外光^24，25，近红外光¹⁶等光电探测器中已经制作了器件，但很少有使用CVD生长的PdSe₂二维材料制作红外光电探测器的报道。目前，因为红外光电探测器能够在夜间和恶劣的天气下工作，因此其在夜间探测的作用尤其重要，特别是在军事领域，与雷达和激光探测相比，红外光探测具有更出色的保密性和安全性。由于二维材料具有匹配带隙，出色的光学吸收性和柔韧性。因此二维材料还可以应用于集成电路和可穿戴设备中的新型红外光电探测器。

PdSe₂单晶合成难度较大，现有技术报道了一些电子束蒸发、离子溅射等方法，但现有的这些方法只能合成得到PdSe₂膜材料，此外，现有技术还报道了位数不多的采用CVD手段的技术，也只能合成得到膜材料或者不成形的单晶材料。因此实验上合成超薄PdSe₂单晶并对其进行更深入的研究成为眼前急需解决的问题。

[1]Li,N.；Zhang,Y.；Cheng,R.；Wang,J.；Li,J.；Wang,Z.；Sendeku,M.G.；Huang,W.；Yao,Y.；Wen,Y.；He,J.,Synthesis and optoelectronic applications of a stablep-type 2D material:alpha-MnS.ACSNano 2019,13,(11),12662-12670.