[發明專利]一種銻基半導體單晶的制備方法

在審

• 申請號: 202210672023.1
• 申請日: 2022-06-14
• 公開（公告）號: CN115287763A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 劉節華;黃文君;魏香鳳
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C30B29/46
• 分類號: C30B29/46;C30B7/10;C30B7/14
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

本發明公開了一種銻基半導體單晶的制備方法，銻基半導體單晶具有獨特的一維結構和顯著的光電特性在光電領域中得到廣泛關注和研究。然而高質量一維銻基半導體單晶報告較少。在本工作中，我們使用五氧化二銻乳液替代銻鹽，通過水熱法制備了高質量和低界面缺陷的一維銻基半導體單晶，避免了銻鹽陰離子對晶體界面的自腐蝕，減少了晶體的界面缺陷并提高了晶體界面穩定性。實驗證實了一維銻基半導體單晶表現出良好的光吸收性能。由于其低的晶體界面缺陷，一維銻基半導體單晶基探測器在弱光下具有較高的光響應度和比探測率。

技術領域

本發明屬于半導體材料領域，涉及一種銻基半導體單晶的制備方法，特別涉及一種具有成本低、工藝簡單、界面缺陷少、晶體質量高的一維銻基半導體單晶的生長方法。

背景技術

銻基半導體單晶作為一種新型直接帶隙半導體材料，具有獨特的一維結構和顯著的光電特性在光電領域中得到廣泛關注和研究。Sb₂S₃、Sb₂Se₃ 、AgSbS₂等材料被認為是新型太陽能電池和光電探測器等先進光電器件中有潛力的候選材料。例如，Choi等人和Zimmermann等人研究表明基于Sb₂S₃的太陽能電池具有良好的光電轉換效率以及設備穩定性。由于大的比表面積和量子限制效應，一維半導體引起了廣泛的興趣，被認為是高性能光電探測器和其他光電器件最有前途的基礎構件。納米結構的銻基半導體單晶晶體也被認為是用于高性能光電探測器的有前途的材料。

銻基晶體由許多通過范德華力接觸的一維分子鏈組成，很容易形成一維材料。通過溶劑熱處理、化學氣相沉積和模板法制備了銻基低維晶體，如納米棒、納米管、納米帶和納米線。然而，這些納米線材料仍然存在較多的界面缺陷，嚴重限制了它們在光電器件中的實際應用，基于銻基半導體的光電探測器的性能仍有待提高。

銻基半導體單晶的納米結構通常通過化學氣相沉積生長，然而化學氣相沉積法生長的銻基半導體納米線成本較高，且納米線合成工藝往往較為復雜，器件的構筑也會受到限制，有學者報道銻基半導體納米線團聚嚴重。在這項工作中，我們發明了使用五氧化二銻乳液替代傳統銻鹽，結合水熱法合成的高質量一維銻基半導體單晶，得到高質量和低界面缺陷的銻基半導體單晶微米線，同時，還基于單獨的一維銻基半導體單晶制造了高性能光電探測器，具有良好的光電特性。結果表明該方法制備的一維銻基半導體單晶在微/納光電探測器件領域的具有較好的應用前景。

發明內容

一種銻基半導體單晶的制備方法，使用五氧化二銻乳液作為銻源代替銻鹽，通過溶劑熱法制備高質量和低界面缺陷的一維銻基半導體單晶材料，包括以下步驟：

（1）將五氧化二銻乳液、硫源或硒源，和Ag鹽或Cu鹽按照一定比例溶于或部分溶于水中，得到前驅體混合液；

（2）將前驅體混合液轉移至高溫高壓反應釜，在水熱反應一段時間后，即可得到一維銻基半導體單晶。

一維銻基半導體單晶材料為Sb₂S₃、Sb₂Se₃、AgSbS₂、AgSbSe₂、CuSbS₂、或CuSbSe₂。

所述步驟1中五氧化二銻乳液溶度為0.01-60 wt%。

所述步驟1中硫源為硫脲和單質硫的一種或兩種；硒源為硒脲和單質硒的一種或兩種。

所述步驟1中Ag鹽為硝酸銀、檸檬酸銀的一種或兩種；Cu鹽為乙酸銅、硝酸銅、氯化銅的一種或多種。

所述步驟1中五氧化二銻：（硫源或硒源）：（Ag鹽或Cu鹽）的摩爾比例為1：（1-10）：（0-6）。

所述步驟2中水熱反應溫度為60-350℃。

所述步驟2中的水熱反應時間為0.1-72小時。