[發明專利]一種制備單晶Bi2Se3納米結構的方法

有效

• 申請號: 201110310282.1
• 申請日: 2011-10-13
• 公開（公告）號: CN103046110A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 唐皓穎;江鵬;王中林
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: C30B1/10
• 分類號: C30B1/10;C30B29/46;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 劉丹妮

1.一種制備單晶Bi₂Se₃納米結構的方法，其特征在于，所述方法以Bi粉和Se粉混合物為原料或以Bi₂Se₃粉為原料，優選地，所述原料的純度均為99.99％(重量比)，不使用催化劑，以惰性氣體或氮氣為氣源進行氣相傳輸，通過高溫熱蒸發在襯底上制備得到Bi₂Se₃納米結構。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

1)以混合均勻的Bi粉和Se粉為原料或者以Bi₂Se₃粉為原料，放到耐高溫容器上作為生長源；

2)將耐高溫容器放到高溫擴散爐的中部，在高溫擴散爐內遠離進氣口的一端放置襯底以收集生成物；

3)將高溫擴散爐密封，抽真空；

4)向抽真空后的高溫擴散爐內通入惰性氣體或氮氣作為氣源以進行氣相傳輸；

5)在氣相傳輸的同時，將高溫擴散爐加熱至一定溫度并在該溫度下保溫，以進行高溫熱蒸發，氣態的Bi₂Se₃會在溫度低于熱蒸發溫度的襯底上形成結晶，在合適的溫度范圍內可以得到Bi₂Se₃納米結構；

6)高溫熱蒸發結束后，襯底隨高溫擴散爐自然降溫至室溫，通入適量惰性氣體或氮氣，并停止氣相傳輸，使高溫擴散爐內的壓力回到一個大氣壓，打開高溫擴散爐，取出襯底，制備得到生長在襯底上的Bi₂Se₃納米結構。

3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述Bi粉和Se粉混合的摩爾比為2∶3～2∶20，優選為2∶3。

4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述襯底包括：單晶硅片、通過熱氧化法在單晶硅片上生長SiO₂后得到的硅片或者氧化鋁陶瓷片，優選為氧化鋁陶瓷片；所述襯底在水平管式生長爐內與石英舟距離5～15cm。

5.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述惰性氣體優選氬氣。

6.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟3)中，抽真空后水平管式生長爐的壓力不高于20Pa，優選1Pa。

7.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述氣相傳輸時，通入氣源的流量為10～500sccm，優選100sccm，使高溫擴散爐內的壓力達到300～3000Pa，優選為500Pa。

8.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述高溫熱蒸發時，加熱溫度為480～550℃，優選為500℃，保溫時間為0.5～24h，優選10h。

9.一種根據權利要求1-10任一項所述方法制備的Bi₂Se₃納米結構，其特征在于，所述納米結構包括Bi₂Se₃納米帶和Bi₂Se₃納米片，優選的，所述納米帶的寬度為50nm～4μm，長度為1～200μm，所述Bi₂Se₃納米片的橫向寬度為50nm～20μm。

10.一種根據權利要求9所述的納米結構作為拓撲絕緣體的在自旋電子學和量子計算機領域應用。