[发明专利]一种垂直生长的超薄Cr2

说明书

本发明公开了一种垂直生长的超薄Cr₂Te₃单晶纳米片的制备方法：将碲源、铬源和基底放置于化学气相沉积炉中对应的温区，其中，所述基底是将多片SiO₂/Si基片呈阶梯式错开叠放；加热，通入氩气和氢气作为载气进行化学气相沉积，沉积结束后，在基底上得到垂直生长的Cr₂Te₃单晶纳米片。本发明利用基片叠放方法控制微区气流方向，改变局域过饱和浓度，就可以制备面积大厚度薄的垂直生长的Cr₂Te₃单晶纳米片，解决了现有技术中难以制备垂直生长的非范德瓦尔斯二维晶体的技术难题。

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，尤其涉及一种取向控制生长的超薄Cr₂Te₃单晶纳米片的制备方法。

背景技术

现代电子和光电子器件的发展趋势是不断向高集成度和小型化方向发展，这就迫切需要开发新的器件几何结构和新的功能材料，如一维半导体纳米线和二维半导体纳米片。具有三维几何结构的垂直构型有利于构成更高的积分密度，在设计下一代电子和光电器件方面具有巨大的潜力。垂直器件已被用作场效应晶体管、光电探测器、太阳能电池，以及以垂直一维半导体纳米线为构建基块的柔性器件，显示出优异的性能。

然而，基于电子器件的二维材料制备往往呈现沿衬底水平生长趋势，器件一直呈现出平面几何的横向器件结构。到目前为止，二维材料很少被应用到建造非平面(垂直)电子/光电设备。为实现这类垂直器件的制作，将二维材料垂直生长于水平的基片是关键的第一步。目前，垂直生长二维材料多集中在利用不同衬底对生长取向的调控上，且大多是范德瓦尔斯二维材料。这是由于这类材料以层内强共价键及层间弱范德瓦尔斯力结合在一起，每个单层都能通过打破范德瓦尔斯键分离出来，有着强各向异性，各晶面形成能差异较大，在晶体生长过程中更易沿着某些特定晶面外延生长，因而可以通过选择不同的衬底或对衬底进行特殊处理来调控二维材料水平/垂直生长，如：在与材料晶格失配度小的衬底上更易形成水平生长的趋势，而在晶格适配度大的衬底上则易形成垂直生长趋势，在悬挂键较多，声子散射较强的衬底上更易形成垂直纳米结构，在悬挂键饱和，表面惰性的衬底上更易呈现水平外延生长。然而对于非范德瓦尔斯二维晶体，尚鲜有关于调控其生长方向的报道。这是由于非层状晶体的向异性能较低，通常呈现出特定的三维形态，以降低系统的能量、保持系统的稳定性，因此，通过衬底调控手段控制取向将失效。当非层状晶体由于其厚度减少至单个原胞厚度(可能为多个原子层)或少数几个原胞厚度时，表面将暴露一层不饱和的悬挂键，这使得其二维结构的制备本身具有一定难度，而将其控制在仅沿垂直于衬底方向或平行于衬底方向生长将面临更多困难，因此借鉴传统的晶体构造理论难以获得有效性指导，也难以解释其特有现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种超薄 Cr₂Te₃单晶纳米片的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种垂直生长的超薄Cr₂Te₃单晶纳米片的制备方法，所述超薄Cr₂Te₃单晶纳米片沿基底垂直生长，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将碲源、铬源和基底放置于化学气相沉积炉对应的温区，其中，所述基底是将多片 SiO₂/Si基片呈阶梯式错开叠放；

(2)加热，通入氩气和氢气作为载气进行化学气相沉积，结束后，在基底上得到垂直生长的Cr₂Te₃单晶纳米片。

上述的步骤(1)中，将SiO₂/Si基片呈阶梯式错开叠放，基片的摆放方式有多种(如图 10-12所示)，包括但不限于图10-图12的摆放方式，只需引入微区气流屏障即可。