[發(fā)明專利]一種鎵烯的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810368966.9
• 申請(qǐng)日: 2018-04-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108315814A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶敏龍;王俊忠;涂玉兵;孫凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南大學(xué)
• 主分類號(hào): C30B29/02
• 分類號(hào): C30B29/02;C30B29/64;C30B23/02
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所 50123
• 代理人: 康海燕

本發(fā)明公開(kāi)了一種鎵烯的制備方法，其包括如下步驟：1)對(duì)Si襯底依次進(jìn)行清洗、除氣和退火處理，得到Si(111)?7×7表面；2)加熱鎵源使鎵原子以熱蒸發(fā)的形式生長(zhǎng)到Si(111)?7×7表面，再進(jìn)行原位退火處理，在Si(111)?7×7表面上重構(gòu)形成√3×√3?Ga表面；3)調(diào)節(jié)襯底的溫度為30～60℃，加熱鎵源使鎵原子以熱蒸發(fā)的形式生長(zhǎng)到√3×√3?Ga表面，生成過(guò)渡層；4)調(diào)節(jié)襯底的溫度為室溫，加熱鎵源使鎵原子以熱蒸發(fā)的形式生長(zhǎng)到過(guò)渡層表面，形成呈六角蜂窩結(jié)構(gòu)的單原子層的鎵烯。其利用分子束外延技術(shù)，在超高真空環(huán)境下，制備出單原子層的鎵烯，利于鎵烯微觀結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的研究。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二維材料制備技術(shù)，具體涉及一種鎵烯的制備方法。

背景技術(shù)

“鎵烯”是指由鎵原子結(jié)合而成的一種類石墨烯二維晶體材料。這種二維材料具有非常優(yōu)異的特性，如高表面積比、高楊氏彈性模量、優(yōu)異的導(dǎo)熱導(dǎo)電性等，在吸附、催化、光電等方面展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛能，為構(gòu)筑新型的電子器件提供了新機(jī)遇。

目前，成功制備出的單元素類石墨烯二維晶體材料主要有硅烯、鍺烯、錫烯、硼烯、磷烯和鎵烯。其中前五種烯材料都已經(jīng)采用外延生長(zhǎng)技術(shù)制備成功，而鎵烯僅有美國(guó)休斯頓萊斯大學(xué)的研究者采用固液剝離法制得。然而，固液剝離法是一種“自上而下”的制備方法，不利于鎵烯微觀結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的研究，也無(wú)法得到單原子層的鎵烯。因此，有必要開(kāi)發(fā)一種“自下而上”的鎵烯制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鎵烯的制備方法，其利用分子束外延技術(shù)，在超高真空環(huán)境下，制備出單原子層的鎵烯，利于鎵烯微觀結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的研究。

本發(fā)明所述的鎵烯的制備方法，其包括如下步驟：

1)采用Si襯底，選擇Si襯底的(111)晶面為晶體取向，對(duì)Si襯底依次進(jìn)行清洗、除氣和退火處理，得到Si(111)-7×7表面；

2)Si(111)襯底的生長(zhǎng)：在真空度高于3.0×10^-10mbar的條件下，加熱鎵源使鎵原子以熱蒸發(fā)的形式生長(zhǎng)到Si(111)-7×7表面，再進(jìn)行原位退火處理，在Si(111)-7×7表面上重構(gòu)形成R30°表面；原位退火過(guò)程中會(huì)有部分鎵原子從Si襯底表面脫附，剩下的鎵原子在Si(111)-7×7表面上重構(gòu)形成R30°表面；

3)過(guò)渡層的生長(zhǎng)：調(diào)節(jié)襯底的溫度為30～60℃，加熱鎵源使鎵原子以熱蒸發(fā)的形式生長(zhǎng)到R30°表面，生成結(jié)構(gòu)的過(guò)渡層，所述過(guò)渡層為單原子薄膜；

4)鎵烯的生長(zhǎng)：調(diào)節(jié)襯底的溫度為室溫，加熱鎵源使鎵原子以熱蒸發(fā)的形式生長(zhǎng)到過(guò)渡層表面，形成呈六角蜂窩結(jié)構(gòu)的單原子層的鎵烯。

進(jìn)一步，所述步驟1)中清洗的具體方法是：將Si襯底先放在酒精中超聲清洗，然后再放在丙酮中超聲清洗。

進(jìn)一步，所述步驟1)中除氣的具體方法是：將清洗后的Si襯底放在超高真空腔內(nèi)，在溫度為450～650℃的條件下除氣6～12h，然后冷卻至室溫。

進(jìn)一步，所述步驟1)中退火的具體方法是：將除氣后的Si襯底在5～20s內(nèi)從室溫升至1000～1300℃，退火3～10次，每次退火時(shí)間為5～20s。

進(jìn)一步，所述步驟2)中的原位退火處理的溫度為500～600℃，時(shí)間為5～50min。

進(jìn)一步，所述步驟2)、3)和4)中鎵源的加熱溫度為600～900℃。

本發(fā)明利用分子束外延技術(shù)，在超高真空環(huán)境下，“自下而上”使鎵原子外延生長(zhǎng)形成鎵烯，制得的鎵烯為單原子層，呈六角蜂窩結(jié)構(gòu)，相對(duì)于采用“自上而下”制得的鎵烯，更加有利于其微觀結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的研究，也可以得到更加有序的鎵烯。

附圖說(shuō)明

圖1是用于制備鎵烯的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；