[發明專利]二維半導體模板材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410066719.5
• 申請日: 2014-02-26
• 公開（公告）號: CN103848455A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 彭秋明;張慶瑞;付輝
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C01G1/00
• 分類號: C01G1/00
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 續京沙

技術領域

本發明涉及一種半導體模板材料及其制備方法。

背景技術

以石墨烯為代表的二維原子晶體是一類新材料，石墨烯材料具有本征載離子遷移率高、強場漂移速率高、電流承載能力高、面內熱導率高等優異性能特點，是目前材料科學和凝聚態物理領域發展最為迅速和和活躍的研究前沿。但是石墨烯的零帯隙和半金屬性阻礙了它在半導體器件領域的應用，所以，其它的類石墨烯二維材料，如二硫化鉬、氧化鉬、氮化硼、二維硼單層、二維稼族層狀材料等在目前的材料、物理和化學等領域引起了極大的關注。

哈爾濱工業大學的碲化鎵二維材料的制備方法及二維結構碲化鎵柔性透明光探測器的制備方法(CN103236469A)，將鎵與碲混合、保溫，冷卻至室溫即可得到碲化鎵二維材料，利用二維結構碲化鎵半導體制得的柔性透明光探測器可以任意的彎曲，透光性好。該方法通過布里奇曼生長法制備的碲化鎵二維材料，工藝要求精細，而且碲化鎵單晶的生成率不高。同時二維結構碲化鎵半導體制得的柔性透明光探測器的探測帶寬受其能帶限制，響應速度在一些性能要求更為嚴格的場合不能滿足其使用條件。蘇州大學的基于二維層狀原子晶體材料的光探測器(CN103219403A)，以二氧化硅覆蓋的硅襯底為基，一次疊加覆蓋第一石墨烯導電層、二維層狀原子晶體半導體材料層和第二石墨烯導電層制備的光探測器，具有探測波譜范圍寬、超快響應速度和高截止頻率的工作特性。但是該方法相應的設備裝置比較復雜，操作條件嚴格，步驟繁瑣，增加了制備的成本。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種操作工藝簡單、成本低廉和性能穩定的二維半導體模板材料及其制備方法。

本發明的二維半導體模板材料的化學分子式為M_n+1X_n(OH)_n，其中M為Sc、Ti或Zr，X為B、C或N，n為1或2。

上述二維半導體模板材料的制備方法如下：

(1)制備原材料M_n+1AX_n，其中M為Sc、Ti或Zr，A為Li、Na、Al、Si或K，X為B、C或N，n為1或2。原材料制備方法為燒結后進行球磨處理：以所需的單質粉末或者化合物粉末為原料，以無水乙醇作為研磨介質，瑪瑙珠作研磨體，按料：球：乙醇=1:3:1的比例放入聚氨酯罐中，轉速為500r/min，均勻混合24h，置于真空干燥箱中，干燥60h。將混合均勻的原料裝入內徑20mm，外徑50mm的高強度石墨模具中，用千斤頂預壓（壓力為20MPa）。燒結時用99.9%的氬氣保護，燒結壓力為30MPa，燒結溫度為1400-1600℃，保溫2-3h，保溫結束后關閉電源，隨爐冷卻，得到直徑為20mm，厚度約為10mm的燒結體，將燒結體放入瑪瑙研缽中研磨，通過3000目的篩子篩選出粒徑等于或小于5μm的原材料粉末。

(2)取上述步驟（1）制備好的原材料粉末浸泡于40-60wt.%HF溶液中，粉末與HF溶液的質量比為1:20，使用電磁攪拌器水浴加熱至20-40℃，浸泡溫度保持恒定，浸泡時間為8-10小時，浸泡過程中使用磁子攪拌浸泡溶液，攪拌速度為120-180r/min；浸泡過程中同時使用超聲處理，超聲波清洗機功率為240-360W，超聲方式為間隔式，即每浸泡一小時，超聲10min，共計超聲60-80min，且超聲溫度與浸泡溫度相同。

(3)用5wt.%NaOH清洗浸泡完畢的原材料至堿性（PH>7），再用去離子水清洗至中性（PH=7），然后進行離心處理，倒掉上層清液后放入鼓風干燥機中干燥，干燥溫度為80-100℃，干燥時間為18-24h。

本發明具有如下優點：

1、工藝簡單設備，條件和緩，重復性好，成本低廉；

2、所得二維半導體模板材料剝離分層效果好，具有高的比表面積和可調的能帶結構，是性能優異的半導體模板材料。

具體實施方式：

實施例1

本發明提供的一種二維半導體模板材料及其制備方法，其步驟如下：