[發明專利]一種二硫硒化錫單晶半導體材料的制備方法

在審

• 申請號: 201711441687.2
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108103580A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 陳廣福;黎永濤;胡亦淵;牟中飛;李京波
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C30B29/46
• 分類號: C30B29/46;C30B25/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了一種二硫硒化錫單晶半導體材料的制備方法，包括以下步驟：a)分別將二硫化錫粉末、硒粉和硫粉置于化學氣相沉積管式爐的石英管內，所述硒粉和硫粉置于所述石英管的進氣端，所述二硫化錫粉末置于所述石英管的中部；b)在惰性氣體條件下，將管式爐升溫至620～750℃，保溫3～30分鐘，生成二硫硒化錫單晶半導體材料。本發明以二硫化錫粉末、硒粉和硫粉為原料，利用化學氣相沉積法在特定的環境和工藝條件下，沉積生成二硫硒化錫單晶半導體材料；所得半導體材料為二維超薄單晶材料，邊長大小僅在幾微米到幾百微米，厚度僅為幾納米到幾百納米，打破了以往塊體單晶的應用限制，能夠應用于微納電子器件中。

技術領域

本發明涉及半導體材料技術領域，特別涉及一種二硫硒化錫單晶半導體材料的制備方法。

背景技術

自石墨烯被發現以來，關于二維半導體材料的研究已成為材料科學與凝聚態物理學領域的科研熱點之一。作為二維半導體材料的代表，硫族化合物由于獨特的結構，在光電子器件方面表現出優異的光電性能，例如二硫化錫和二硒化錫具有較窄的帶隙，能夠吸收太陽光譜的絕大部分，表現出良好的光電性能。相比之下，二硫硒化錫合金材料(SnSexS2-x)還具有二硫化錫及二硒化錫所不具有的能帶調控的優勢，可通過控制材料中硫原子與硒原子的數量比得到一定寬度的帶隙，進一步提升半導體的光電性能。

目前，二硫硒化錫合金材料(SnSexS2-x)的制備方法主要有：旋涂法、水熱法、氣相傳輸法。其中，旋涂法制備得到的是多晶膜，水熱法得到的是多晶粉末，且兩種方法所得多晶材料缺陷較多。然而，對于電子器件而言，采用單晶半導體和多晶半導體有很大不同，采用單晶獲得的電子器件的性能(包括遷移率、開關比、光響應度等)都比多晶或非晶有很大提高，而粉末則無法用于制作電子器件，因此，人們更趨向于獲取單晶半導體材料。

上述制備方法中，氣相傳輸法雖能夠制得單晶材料，但其制得的是單晶塊體材料，尺寸達數毫米，無法應用于微納電子器件，使二硫硒化錫合金材料的應用大大受限。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種二硫硒化錫單晶半導體材料的制備方法，本發明提供的制備方法能夠獲得二維超薄的二硫硒化錫單晶材料，邊長大小在幾微米到幾百微米，厚度在幾納米到幾百納米，能夠應用于微納電子器件。

本發明提供了一種二硫硒化錫單晶半導體材料的制備方法，包括以下步驟：

a)分別將二硫化錫粉末、硒粉和硫粉置于化學氣相沉積管式爐的石英管內，所述硒粉和硫粉置于所述石英管的進氣端，所述二硫化錫粉末置于所述石英管的中部；

b)在惰性氣體條件下，將管式爐升溫至620～750℃，保溫3～30分鐘，生成二硫硒化錫單晶半導體材料。

本發明以二硫化錫粉末、硒粉和硫粉為原料，利用化學氣相沉積法在特定的環境和工藝條件下，沉積生成二硫硒化錫單晶半導體材料；所得單晶半導體材料為二維超薄單晶材料，邊長大小僅在幾微米到幾百微米，厚度僅為幾納米到幾百納米，打破了以往塊體單晶的應用限制，能夠應用于微納電子器件中。

本發明首先分別將二硫化錫粉末、硒粉和硫粉置于化學氣相沉積管式爐的石英管內，所述硒粉和硫粉置于所述石英管的進氣端，所述二硫化錫粉末置于所述石英管的中部。

本發明中，二硫化錫粉末、硒粉與硫粉的質量比優選為(0.05～0.3)∶(0.05～1)∶(0.05～1)。在一個實施例中，二硫化錫粉末、硒粉與硫粉的質量比為0.1∶0.1∶0.1。在另一個實施例中，二硫化錫粉末、硒粉與硫粉的質量比為0.15∶0.6∶0.3。在另一個實施例中，二硫化錫粉末、硒粉與硫粉的質量比為0.2∶1.0∶0.1。