[發明專利]一種二維超薄BiOBr單晶納米片的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202010066141.9
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111235632B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 熊杰;龔傳輝;儲雋偉;晏超貽;饒高峰;汪洋;陳心睿;劉雨晴;王顯福
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C30B25/00
• 分類號: C30B25/00;C30B29/22;C30B29/64;H01L31/032;H01L31/036;H01L31/18;G01J1/42
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

本發明提供一種二維超薄BiOBr單晶納米片的制備方法及其應用，屬于二維納米材料和納米器件制備技術領域。本發明通過化學氣相沉積，采用已自然氧化后的銅箔作為限域和反應物，通過調節反應溫度和時間，制備高質量超薄BiOBr單晶，且暴露晶面為(00l)的固定取向，禁帶寬度可達3.69eV；基于本發明二維超薄BiOBr單晶納米片所制備的光電探測器對245nm到405nm的紫外光都能進行響應，且對可見光波段是基本沒有響應的，因此器件被干擾的幾率大幅下降；器件在波長為245nm時具有最高的探測性能；除此之外，該器件具有高頻響應的特性，在9.5Hz～1000Hz展現了穩定的探測性能，器件探測速率高。

技術領域

本發明屬于二維納米材料和納米器件制備技術領域，具體涉及一種二維超薄BiOBr單晶納米片的制備方法及其應用。

背景技術

紫外光電探測器在軍事探測、空間光通信、生物探測等多個領域有著極其重要的應用，在實際應用中，高性能的紫外光電探測器需要具備高靈敏度、快速響應、對弱光的高檢測等能力。目前，基于ZnO、GaN、Ga₂O₃等傳統寬禁帶半導體的紫外探測器存在著響應率低、量子效率低、響應時間長、集成度差、與硅基半導體技術不兼容等問題。

自從石墨烯被發現以來，石墨烯、黑磷、MoTe₂、ReS₂等一元和二元二維材料因其高載流子遷移率、強的光與物質相互作用、可調帶隙等優點，使得基于這些材料制備的光電探測器具有較優的性能。然而，由于這些一元和二元半導體材料的帶隙相對較小(2.5eV)，使得大多數二維半導體材料主要應用于可見光到紅外波段。雖然一些基于石墨烯、黑磷的寬譜光電探測器也具有一定紫外光探測的能力，但其探測能力低、探測范圍局限于UVA波段阻礙了其實際應用。

近年來，三元二維材料在激子絕緣相、本征鐵磁性和超高電子遷移率等方面都取得了較大的進展，更重要的是，三元二維半導體可以有效地通過調節其化學計量比來設計其光電特性，從而可以適應應用場景的變化。新興的三元二維寬禁帶半導體材料如Ga₂In₄S₉和NiPS₃，由于其2.7eV和3.0eV的禁帶寬度，所以表現出了良好的紫外檢測性能，但是，它們的紫外探測性能，特別是對深紫外探測的性能還有待于全面提高。高電子遷移率的三元BiOBr是一種優良的寬禁帶光敏材料(2.5～3.69eV)，其層狀四方結構由[Bi₂O₂]²⁺層與雙層Br^-離子交織而成，在光催化領域有著廣泛的應用。由于其獨特的結構，使其具有較強的吸光能力、高導電性和強化學穩定性，使其在光電器件中具有巨大的應用潛力。然而，在過去的報道中，水熱法合成的隨機堆積、無序形貌且厚的BiOBr納米片，由于與半導體加工技術不兼容不能用于微納米器件，并且水熱法合成的晶體質量低、不可避免的表面污染和大量的氧缺陷也阻礙了其在光電器件領域的發展。此外，過去報道中的的BiOBr由于納米片過厚和拉伸應變過大，往往會得到較窄的禁帶寬度，這也不適用于紫外檢測應用。

發明內容

針對背景技術所存在的問題，本發明的目的在于提供一種二維超薄BiOBr單晶納米片的制備方法及其應用。本發明通過化學氣相沉積法，采用自然氧化后的銅箔作為限域和反應物，通過調節反應溫度和時間，制備具有寬帶隙的二維超薄BiOBr納米片，并且該二維納米片具有較高晶體質量。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種二維超薄BiOBr單晶納米片的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：將BiBr₃粉末置于坩堝中，然后將坩堝放置于石英管上游第一加熱區中心；將覆蓋自然氧化后的銅箔的基片放置于石英管下游第二加熱區中心；

步驟2：將石英管內部抽真空至0.1Pa以下，通入Ar氣使管內氣壓保持常壓環境，然后繼續向管內通入Ar氣作為載氣流；