[发明专利]一种大尺寸二维三硒化二铟晶体的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种大尺寸二维三硒化二铟晶体的制备方法及其应用，将纯净的In₂Se₃粉末放于石英舟中，置于双温区管式炉石英管中，用干净的云母作为生长衬底置于双温区管式炉石英管的另一侧，使用物理气相沉积的方法在云母衬底上制备出大尺寸二维三硒化二铟晶体，制得的In₂Se₃原子晶体具有良好的铁电性，在铁电记忆存储器件中有重要应用。本发明制备过程操作方法简单且制备成本低廉。

技术领域

本发明属于三硒化二铟晶体材料技术领域，具体涉及一种大尺寸二维三硒化二铟晶体的制备方法及其应用。

背景技术

近半个世纪以来，半导体技术作为现在高新技术的核心，取得了飞快的发展。石墨烯的成功制备开启了研究二维材料的新篇章。并且对于材料在实际大规模和高富集度应用需求，大面积材料的生长制备尤为重要；同时由于晶畴之间存在的晶界将造成大量电子散射，就必须获得大尺寸单晶的生长制备以有效降低晶界数量。

新型二维材料In₂Se₃表现出了巨大的潜力。第一，In₂Se₃材料结晶温度高，电阻率大，这使基于In₂Se₃材料制备的器件工作电流小，有效地降低热量的耗散。第二，In₂Se₃材料的电子迁移率高，同时也具有更高的稳定性以及更大能带可调等性质。第三，In₂Se₃材料具有多物相的特点，在研究存储器领域具有很大的潜在价值。第四，In₂Se₃材料作为少数同时具有面内和面外铁电性的二维材料，在铁电存储器应用领域具有重要的研究价值。因此，In₂Se₃二维半导体材料是制备铁电存储器件的重要材料。

目前，制备二维材料的方法主要包括机械剥离、化学气相沉积法（CVD）以及物理气相沉积法（PVD）。机械剥离的方法虽然操作简单，但是所得样品的尺寸不够完整，也很难得到单层的薄膜；而化学气相沉积法沉积速率不太高，且材料需要局部或某个表面沉积薄膜时很难控。相比之下，物理气相沉积法便于控制薄膜的生长，所得到的样品尺寸比较大，有利于大面积推广。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种工艺简单、可行性高且便于推广的大尺寸二维三硒化二铟晶体的制备方法，该方法使用物理气相沉积的方法在云母衬底上制备出大尺寸二维三硒化二铟晶体，制得的In₂Se₃原子晶体具有良好的铁电性，在铁电记忆存储器件中有重要应用。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种大尺寸二维三硒化二铟晶体的制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤S1：对单晶云母衬底进行机械剥离表面层得到表面洁净的平整云母衬底；

步骤S2：将0.5-2.5mg In₂Se₃粉末放入石英舟中并将其置于双温区管式炉石英管的中间位置处；

步骤S3：将步骤S1得到的平整云母衬底紧贴并排放置5-7cm，并将其置于双温区管式炉石英管的气流下游区域，云母衬底靠近In₂Se₃粉末的一端距离石英舟10-13cm；

步骤S4：向双温区管式炉石英管内通入气压为0.1MPa、气流为100sccm的氢氩混合气，氢氩混合气中氢气与氩气的体积百分含量对应为5%-10%和90%-95%，持续通气1小时以排净空气和杂质；

步骤S5：开始加热并调整氢氩混合气的气流为60sccm，双温区管式炉同步加热至930℃，恒温生长处理后自然冷却至室温得到大尺寸二维三硒化二铟晶体，该二维三硒化二铟晶体的形貌为三角形片状，晶系为六方晶系，尺寸为5-20μm。