[发明专利]一种单晶GeSe三角形纳米片阵列材料的制备方法及其应用

说明书

本发明属于半导体纳米材料技术领域，具体涉及一种单晶GeSe三角形纳米片阵列材料的制备方法及其应用。本方法采用物理气相沉积（PVD），所述制备步骤包括：（1）衬底清洗；（2）单晶GeSe三角形纳米片阵列生长：①GeSe粉末和衬底分别放置双温区管式炉高温区和低温区中心；②抽真空至炉内压强为10~50 Pa，以10~60 sccm通入惰性气体使压强为400~800 Pa，将低温区升至50~150℃，高温区升至350~530℃，保温1~3 h获得GeSe材料。GeSe三角形纳米片在近红外区具有温度相关的光致发光性质，可应用于光电器件。本发明提供的制备方法具有工艺简单、质量高和成本低等优点。

技术领域

本发明属于半导体纳米材料技术领域，具体涉及一种单晶GeSe三角形纳米片阵列材料的制备方法及其应用。

背景技术

二维层状纳米材料具有优越的光、电、热、磁等物理性质，是新一代光电子元器件最有潜力的候选材料之一。近年来，IV-VI族半导体化合物GeSe因其天然的层状晶体结构和优异的半导体性能被广泛的关注，其在微电子和光电子器件等诸多领域都具有极其广阔的应用前景。

随着现代技术的飞跃发展，GeSe材料在半导体工业和光电子制造技术领域已具有了重要的地位和较成熟的加工工艺。GeSe半导体材料因为具有与太阳光谱重叠良好的窄带隙，且其在近红外光区域优异的光学性质，被广泛认为在制备太阳能电池、红外光电探测器和光热传感器等光电器件方面有重要的应用价值。目前，GeSe材料的制备方法有很多，例如机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积法、物理气相沉积法、结合退火的热蒸发法和溶液合成法等。阵列材料的制备一般需要模板和催化剂或模板剂，不仅会导致高的制备成本以及复杂的制备工艺，还会导致产物被催化剂或模板剂污染，影响产物的纯度、完整性和导电性等。

迄今为止，国际上关于GeSe化合物的光致发光性质的研究非常少。在GeSe中还没有发现与温度有关的光学性质，并且对具有几十层的GeSe纳米薄片在近红外光区域的发光性质没有研究，在单层和几百层的厚度之间存在着巨大的差距。这极大地限制了GeSe纳米材料在光学和光电器件等方面的应用和进一步突破。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶GeSe三角形纳米片阵列材料的制备方法及其应用。本发明采用简单高效的PVD法，其制备过程不需要使用任何催化剂或模板剂，也不需要模板，且产物无需纯化、好收集，具有高效、简单、成本低和适合大规模生产等优点。

本发明提供的单晶GeSe三角形纳米片阵列，具有窄的半导体带隙（1.25 eV）。

为实现上述发明目的，本发明采用如下工艺步骤：

（1）生长基底及载物盘的清洗

以Si基底或者云母基底作为GeSe三角形纳米片阵列的生长基底，Al₂O₃陶瓷片或者Al₂O₃陶瓷舟作为载物盘，分别将所述生长基底和载物盘依次用去离子水、丙酮、去离子水、乙醇、去离子水超声振荡清洗至完全去除其上的污垢，然后将所述Si基底于10~25%的氢氟酸水溶液中浸泡1~10 min，浸泡时间届满后用去离子水冲洗Si基底去除氢氟酸，继后将经过前述处理的生长基底和载物盘用氮气枪吹干；

（2）单晶GeSe三角形纳米片阵列材料的生长

①将GeSe粉末平铺在第一载物盘上并放入双温区管式炉的高温区中心部位，将所述生长基底放在第二载物盘上并放入双温区管式炉的低温区中心部位；所述GeSe粉末的量为0.005~0.010 mg；所述生长基底的中心与铺有GeSe粉末的第一载物盘的中心之间的距离为40~50 cm；