[发明专利]一种单晶二硒化铂薄膜的制备方法

说明书

一种单晶二硒化铂薄膜的制备方法，属于功能薄膜材料领域。本发明将经过预处理的蓝宝石基片置于石英舟内，并倒扣于铂原料上方形成空间限域结构。采用硒粉作为原料，在高温处理下，硒粉与铂原料蒸发，在载气的作用下迁移到蓝宝石基底表面反应并生长，最终在蓝宝石基底表面获得单晶二硒化铂薄膜。本发明具有方法简单、成本低廉、无污染的特点，并且有效解决了近年来二硒化铂因为其金属前驱体蒸气压低、且不稳定的难题。本发明可应用于基于二硒化铂的电子器件、光电探测、催化、力学和磁学等领域。

技术领域

本发明属于功能薄膜材料生长技术领域，特别是涉及一种单晶二硒化铂薄膜的制备方法。

背景技术

MX₂是过渡金属二硫属化合物（TMDs）的广义形式，其中M表示过渡金属元素，X表示S族元素。因为其优秀的性质，诸如：1）层与层之间的弱范德瓦尔斯力以及不存在表面悬挂键，使得MX₂与其他的二维材料构建二维异质结构时不用考虑严格的热和晶格匹配。异质结构的建立大大丰富了其使用场景，同时界面工程也为性能调谐提供了新的方式。2）随着层数的减少，MX₂展现出的反转对称性，手性异常，非拓扑效应以及自旋轨道耦合的丧失为研究谷电子学器件和自旋电子器件提供了新的契机。3）对层数的强依赖性，不仅表现在带隙大小的变化，更是在于间接带隙半导体和直接带隙半导体的转变，使得器件性能的可调谐范围大，被认为是下一代光电探测器、催化剂以及各类传感器极有潜力的候选者。

最近，基于X族TMDs作为新型的二维材料出现在人们的视野中，显示出诸多迷人的特性。其同时拥有较高的室温迁移率和较窄的带隙，因此同时弥补了石墨烯没有带隙和其他TMDs带隙较宽的缺点。自从2015年首次通过直接硒化法制备出二硒化铂后，随着研究的深入，二硒化铂展现出许多优异的性质。在同时具有上述传统TMDs优势外，窄带隙、超高的室温迁移率、在空气中的高稳定性使基于X族的TMDs有望应用于未来新型高灵敏、非制冷、广谱红外探测的光电探测器。此外，二硒化铂也是II型Dirac半金属，其典型的磁致电阻，手性磁效应以及反常霍尔效应将进一步丰富自旋电子学器件领域。正是这些优异的性质，近年来越来越多的人开始关注这种材料。

然而随着研究的深入，科研人员发现二硒化铂的实际性能与其理论预测仍有较大的差距。究其原因，这是由于二硒化铂的晶体质量较差所致。当前常用的制备方法是将铂金属层直接蒸镀在生长基底之上，在对其进行硒化反应以获得二硒化铂薄膜。虽然这种方法能够较为容易的获得尺寸可观的二硒化铂薄膜，但生长过程中界面间的强附着力，使得二硒化铂晶畴难以发生移动，从而难以形成长程有序的单晶薄膜，而往往表现出晶畴尺寸仅数十纳米的多晶薄膜结构特点。这种多晶结构中大量的晶界结构对电子产生强烈的散射，严重抑制了器件性能。本发明专利公开了一种单晶二硒化铂薄膜的制备方法，为高质量二硒化铂薄膜及其未来高性能电子器件的构筑提供了新思路。

发明内容

本发明的目的在于克服上述一步硒化法的缺点，提供一种操作简单、稳定、成本低的单晶二硒化铂薄膜的制备方法。本发明一种单晶二硒化铂薄膜的制备方法其步骤如下。

1.将铂原料分散在原料基片表面，将经过预处理的生长基片倒扣于铂原料上方，调整原料基片与生长基片间的距离，高温蒸发硒粉与铂原料，保护气氛下反应，在生长基片表面得到二硒化铂薄膜。

2.所用的铂原料可以是PtCl₄，PtCl₂，PtO₂，PtI₄中的一种，或者两种任意比例混合。

3.原料基片可以为硅片、蓝宝石片、氧化硅片、云母片中的一种。

4.生长基片可以为硅片、蓝宝石片、氧化硅片、云母片中的一种。