[發明專利]一種在云母襯底上制備二維三硫化二銦單晶的方法

在審

• 申請號: 201810196099.5
• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN108531981A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 招瑜;陸健婷;李京波
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B29/46;C30B29/64
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發明公開了一種在云母襯底上制備二維三硫化二銦單晶的方法，包括如下步驟：S1：清洗云母片；S2：材料準備：稱量10?15mg三硫化二銦粉末，將三硫化二銦粉末放置在干凈的石英舟上，將清洗過的云母片平放在石英舟的上方，然后將石英舟放置在管式爐內；S3：氣流控制：完全打開管式爐的進氣閥與出氣閥，打開氬氣瓶，調節氣體流量計氣流量為500?600sccm，向管式爐的石英管通入氬氣10?30分鐘，以排盡空氣雜質；S4：加熱生長：打開管式爐，在20分鐘內從室溫升至980度，在980度保溫5?10分鐘后自然冷卻，得到二維三硫化二銦單晶。本發明具有所需設備和制備工藝簡單、生長時間短，可直接得到結晶良好、純度較高、尺寸較大的二維三硫化二銦等優點。

技術領域

本發明涉及二維半導體單晶材料制備技術和器件制備技術的領域，特別是涉及到一種在云母襯底上制備二維三硫化二銦單晶的方法。

背景技術

物理氣相沉積法：采用物理方法，將材料源——固體或液體表面氣化成氣態原子、分子或部分電離成離子，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術。

In2S3存在三種不同的結晶結構：α-In2S3，β-In2S3和γ-In2S3。其中，β-In2S3為帶隙為1.9～2.3eV的n型半導體，在室溫下穩定。最重要的是，由于In和S原子之間的失配，β-In2S3是典型的天然缺陷晶體，其具有捕獲水平或帶隙中的中間帶(IB)，這導致有趣的光學，電子和光電子性質，在場效應管器件制備方面有良好的應用前景。

目前，三硫化二銦大多使用水熱法制備形成三維復合薄膜，用于太陽能電池中的對電極或光陽極。這種方法雖生產成本較低，但制備的三硫化二銦是三維的，且大多為多晶或非晶，晶體缺陷較多，不利于性能的進一步提高。也有科研學者通過化學氣相沉積法生長出二維三硫化二銦，但其晶體尺寸小，不利于材料的進一步應用。目前，國內外尚未有成功生長出大尺寸的二維三硫化二銦單晶材料，而直接通過物理氣相沉積法制備的二維三硫化二銦，其晶體尺寸可達80多微米，再加上其工藝簡單，生長時間短，結晶良好，將有利于各方面性能的提高。

發明內容

本發明的目的在于提出一種在云母襯底上制備二維三硫化二銦單晶的方法。

本發明所采用的技術方案：一種在云母襯底上制備二維三硫化二銦單晶的方法，包括如下步驟：

S1：清洗云母片；

S2：材料準備：稱量10-15mg三硫化二銦粉末，將三硫化二銦粉末放置在干凈的石英舟上，將清洗過的云母片平放在石英舟的上方，然后將石英舟放置在管式爐內；

S3：氣流控制：完全打開管式爐的進氣閥與出氣閥，打開氬氣瓶，調節氣體流量計氣流量為500-600sccm，向管式爐的石英管通入氬氣10-30分鐘，以排盡空氣雜質；

S4：加熱生長：打開管式爐，在20分鐘內從室溫升至980度，在980度保溫5分鐘后自然冷卻，得到二維三硫化二銦單晶。

優選的，步驟S1所述的清洗云母片，具體為在使用云母片前，將云母片依次放進丙酮，無水乙醇，去離子水中各超聲5-30分鐘，然后再用去離子水沖洗數次，最后用氮氣快速吹干，防止空氣中的粉塵的沉積，得到清洗過的云母片。

優選的，步驟S2中用電子天平稱量三硫化二銦粉末。

優選的，步驟S4中，在500-550度把氣流減少至20sccm，在此之前保持大量氮氣的流入以排盡管式爐石英管中的水蒸氣。

優選的，步驟S2中將清洗過的云母片平放在石英舟的正上方。

優選的，將石英舟放置在管式爐正中間。