[发明专利]一种二维半导体材料SnSe2

说明书

本发明公开了一种二维半导体材料SnSe₂单晶的制备方法：将Se粉和Sn粉混合均匀，装入石英管内，放入单质碘，将石英管内气压抽至≤0.1mbar，封管；将石英管放入双温区管式炉中，将装有原料的一端置于高温区且另一端置于低温区，双温区的温度均设置560‑600℃，恒温1天；再将低温区的温度降低至550℃，高温区的温度保持在560‑600℃，保持5天‑7天；再降至室温，降温过程中保持高温区和低温区的温度差为10‑50℃，得到片状、大面积、高质量的SnSe₂单晶。本发明可以一步制得SnSe₂单晶，单晶呈现亮黑色，呈较薄的片状，单晶组分均匀，表面平整，易于机械剥离，有利于对材料进行光刻等微加工工艺。

技术领域

本发明属于二维材料领域，涉及一种二维半导体材料SnSe₂单晶的制备方法，具体涉及一种制备大面积、高质量的二维本征SnSe₂单晶的方法。

背景技术

自2004年Geim和Novoselov首次报道用透明胶带剥离法成功制备石墨烯，人们一直在努力寻找二维材料，并形成了庞大的二维材料家族。石墨烯具有丰富而奇特的物理性质，其具备独特的载流子特性和优异的电学性能。石墨烯中的载流子是狄拉克-费米子，具有超高的载流子迁移率。然而，完美的石墨烯是零带隙的半导体，阻碍了石墨烯在半导体器件方面的应用。新型二维材料——二维半导体过渡金属硫族化合物(TMDCs)，由于具有合适的带隙 (1-2eV)、适中的载流子迁移率、非常高的开关电流比，以及良好的空气稳定性和工艺兼容性，在逻辑集成方面表现出巨大潜力。同时，由于二维TMDCs只有几个原子厚度，在集成方面比传统三维材料更有优势。并且，二维TMDCs不存在悬挂键，结构和迁移率相对稳定，上述优点使它们成为有效的场效应管沟道材料，在下一代电子和光电子领域显示出潜在的应用前景。

SnSe₂作为一种新型的二维半导体材料，具有与MoS₂相似的结构。另外，SnSe₂属于IVA-VIA族，属于二维TMDCs的一种，同时SnSe₂具有地球储备资源丰富、环境友好，成本低廉等特点，在纳米电子学和光电子领域具有明显的优势。现如今报道的制备SnSe₂单晶方法，由于反应后存在不适当的前驱物或混合产物而使产物存在缺陷，从而无法得到大面积、高质量的二维本征SnSe₂单晶，进一步限制了其在光电子器件领域中的发展。

发明内容

本发明的目的在于：基于化学气相输运法(CVT)，提供一种利于生长大面积、高质量的二维半导体材料SnSe₂单晶的制备方法。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种二维半导体材料SnSe₂单晶的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)、将Se粉和Sn粉混合均匀，装入石英管内，放入少许单质碘，将石英管内气压抽至≤0.1mbar，封管；

步骤(2)、将石英管放入双温区管式炉中，将装有原料的一端置于高温区且另一端置于低温区，设置炉温：双温区的温度均设置560-600℃，恒温1天；再将低温区的温度降低至550℃，高温区的温度保持在560-600℃，高温区和低温区的温度差保持10-50℃，在该温差下保持5天-7天；再将双温区降至室温，降温过程中保持高温区和低温区的温度差为10-50℃，待低温区降至室温后，高温区和低温区不需再维持温度差；

步骤(3)、从双温区管式炉中取出石英管，得到片状SnSe₂单晶。

步骤(1)中，所述的石英管的一端(即底部)密闭，另一端敞口，混合均匀的Se粉和Sn 粉、单质碘装于石英管密闭端。封管时，石英管45°倾斜使密闭端的高度低于敞口端，防止样品粉末倒吸。