[发明专利]一种二维Bi2

说明书

本发明公开了一种二维Bi₂O₂Se薄膜厚度的调控方法，包括如下步骤：通过化学气相沉积方法在第一衬底上制得具有第一厚度的二维Bi₂O₂Se薄膜；采用等离子体刻蚀工艺将所述二维Bi₂O₂Se薄膜的厚度调控至第二厚度，其中，所述等离子体刻蚀工艺的刻蚀设备真空度为6.4×10^‑4Pa，射频功率为120W，中和器电流为500mA，离子束电流范围为80mA至100mA，离子束电压为从200V至280V，Ar流量为10sccm，O₂流量为6sccm，刻蚀时间为6‑20秒。该方法操作简单，重复性好，对二维Bi₂O₂Se薄膜材料实现均匀减薄。

技术领域

本发明涉及无机材料制备领域，更具体涉及一种Bi₂O₂Se薄膜厚度的调控方法。

背景技术

二维材料包括了石墨烯，六方氮化硼(hBN)和过渡金属硫属化合物(TMDCs)等，它们具有优良的光学、电学、磁学和力学性能，在生物传感，气体传感，光探测，光催化，太阳能电池储能和柔性可穿戴器件等领域得到了广泛的应用。由于二维材料具有原子薄的结构和高的表面体积比，材料的表面状态在器件性能中起到非常重要的作用。众所周知，二维材料的电子结构强烈地依赖于它们的厚度，比如从多层到单层的MoS₂会发生间接带隙到直接带隙的转变。

通过CVD方法合成的二维Bi₂O₂Se薄膜是一种迁移率高和空气稳定性好的层状半导体材料。其带隙为0.8ev，适合光电探测器领域的应用。层间由(Bi₂O₂)_n²ⁿ⁺层和(Se)_n^2n-层通过弱静电相互作用连接在一起，单层层厚约为0.608nm。和其它二维半导体材料一样，Bi₂O₂Se的电学性能和厚度的依赖性很强。调控Bi₂O₂Se层厚可以改变材料的功函数和带隙并且可以改善场效应晶体管的开关性能。2019年，Cheng-Yun Hong等人使用透明胶带在云母表面剥离出台阶，接着用CVD的方法在云母表面合成出不同厚度的同质结Bi₂O₂Se，该平面同质结器件提高了光电转换效率，证明了二维Bi₂O₂Se光电性能和厚度之间的密切关系。目前，Bi₂O₂Se材料的应用主要集中在光电探测领域，这是因为二维Bi₂O₂Se材料的合成局限在云母衬底上，SiO₂/Si衬底上难以合成，已报道的无损转移方法的难度较高。由于Bi₂O₂Se材料和云母之间的结合牢固，使用目前广泛报道的HF湿法转移，仍然面临许多问题，比如HF会损伤样品表面，大尺寸薄样容易破碎，厚度低于5nm的薄样不易转移且尺寸小。这导致HF法转移后的Bi₂O₂Se具有高的暗电流和非常低的栅控能力，限制了5nm以下的大尺寸Bi₂O₂Se薄样在电学和光电器件领域的应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种二维Bi₂O₂Se薄膜厚度的调控方法，具有操作简便，重复性好，对二维Bi₂O₂Se薄膜材料实现均匀减薄的效果。为研究等离子体对Bi₂O₂Se表面的影响提供线索并且可以扩展薄层Bi₂O₂Se晶体管器件的电学和光电性能的研究。