[发明专利]一种铁磁二维材料FeGeTe的CVD制备方法

说明书

本发明涉及磁性二维材料的CVD制备技术，具体为一种铁磁二维材料Fe₃GeTe₂的CVD制备方法。本发明首次利用化学气相沉积法生长制得铁磁二维材料Fe₃GeTe₂，操作简单，制备过程中可控性较强，所得到的薄膜膜层致密且均匀，生成的二维材料呈现三角形或六边形，热稳定性好，空气稳定性高，最终获得的二维材料质量较高；并提供了通过控制生长过程中CVD管内的压强变化来控制最终所得样品的厚度，为Fe₃GeTe₂二维材料的制备提供了一个新的方法以及调控膜厚的新路径。

技术领域

本发明涉及磁性二维材料的CVD制备技术，具体为一种铁磁二维材料Fe₃GeTe₂的CVD制备方法。

背景技术

近年来，二维材料在国际上成为备受关注的研究热点，这是由于石墨烯以及后来的层状过渡金属二硫化物(TMDs)的发现打开了二维层状材料的大门，并且在二维材料上取得了巨大的成功。就目前而言，研究人员已经开发出具有各种特性的各种二维材料，例如半导体、金属、超导体、具备拓扑特性和磁性基态等性质的二维材料等[1]。

二维材料在单层或者几个原子层的时候，都显示出与其块体截然不同的性质，为原子级别的电子器件的制作提供了可能性。对于磁性二维材料，它们能将自发磁化保持到单原胞层厚度，为人们理解和调控低维磁性提供了新的研究对象，也为二维磁性与自旋电子学器件的研发开辟了新的方向，在新型光电器件、自旋电子学器件等方面有着重要应用价值。

2018年，张远波团队针对一种二维磁性材料Fe₃GeTe₂进行了一系列研究^[2]，文章通过机械剥离的方法得到了不同层数的Fe₃GeTe₂二维材料。Fe₃GeTe₂是层状材料，每一层是一个三明治结构，即Fe₃Ge子结构被两层Te原子夹在中间，而材料的每一层之间又会存在范德华间隙^[3]，它在解离时也是沿着层间间隙方向。机械剥离法是制备层状纳米材料的常用手段，但其一般需结合其他制备方法如化学气相传输法等一并使用。先制备出材料本体，进一步在本体材料中利用胶带剥离出层状薄膜。但是由于传统的机械剥离法在人工剥离时对层状材料的面积不可控，很难获得大面积的薄层样品，也无法进一步产量化。这在一定程度上给实际的工程应用和科学家研究二维材料带来了困难。

目前来说，层状二维材料Fe₃GeTe₂的主要获取方法为化学气相传输法即CVT法^[3]，然后通过机械剥离块状材料来得到薄层的Fe₃GeTe₂^[1]。化学气相沉积法即CVD法是生长二维材料的一种常见方法，但由于CVD方法涉及到的因素很多(如生长温度、气流量、反应物的质量和类型)，极易导致最终产物与预期不一致(组分不一致、厚度可控度不佳)，所以虽然CVD生长得到的材料质量较好，但有关CVD生长Fe₃GeTe₂的具体方法仍未见报道。

[1]Chen,S.,et al.(2020).Synthesis,Transfer,and Properties of LayeredFeTe₂ Nanocrystals.ACS Nano 14(9):11473-11481.

[2]Deng,Y.,etal.(2018).Gate-tunable room-temperature ferromagnetismin two-dimensional Fe₃GeTe₂.Nature 563(7729):94-99.