纳米片内SnSexS2-x/SnSe2异质结阵列及构建方法与流程

本申请涉及材料制备，特别涉及一种纳米片内snsexs2-x/snse2异质结阵列及其构建方法。

背景技术：

1、在后摩尔时代，形成了多种半导体的集成与功能融合的产业格局。由于第三代半导体材料—氮化物半导体中存在大量位错和点缺陷，导致光电性质在空间上的不均匀性：无法有效的测量，机理认识不足，甚至难以提出有效的量子结构设计。人们的目光开始向二维材料聚焦，为了让摩尔定律延续到更小的器件尺度。越来越多的基于二维半导体材料所构筑的光电子器件被设计出来。这种利用不同材料之间的电荷转移构筑高效的电子、光电子器件将是未来器件发展的重要方向，而这些新设计概念的出现将会是对摩尔定律延伸的一种新的探索。由于二维纳米材料具有原子级别的厚度、表面缺乏悬挂键等特殊性能，因此基于二维材料的纳米器件表现出了高电子迁移率、高开关比等优异的电学性能，这使得二维材料成为了未来高性能场效应晶体管、超级电容、逻辑电路的首选材料之一。

2、由于snse2自身优异的光电子学性质，使其在光电器件的应用领域具有巨大的应用前景，但是仍然面临着较低的迁移率、较慢的响应时间和较低的光响应度等实际问题，因此搭建二维snse2异质结是对其进行改性的有效手段，通过构建异质结构可以进一步提升二维材料光电探测器的性能。二维材料异质结在接触位置具有很多新奇的物理特性，使其在继承单一材料优异性能的同时，拓展出许多优异性能，极大地扩展了二维材料的种类和适用场景。其次，二维材料在层与层之间只存在微弱的范德瓦尔斯力，不同的二维材料可以组合成任意的2d/2d和2d/3d范德华异质结且不存在晶格失配等问题。正是这一结合方式，使得功能各异的二维材料可以通过设计来形成特殊的空间堆垛结构最终实现材料之间的优劣势互补，为实现超薄且高效的新型器件提供了可能。范德华异质结构可以通过使用机械转移技术堆叠不同的2d材料来创建，然而，堆叠方向无法精确控制，层之间的界面很容易被污染，并且对于大规模生产样品存在重大挑战。相较于传统宽带隙的半导体材料，snse2二维薄膜材料具有原子级的厚度，故能避免材料与基底间的晶格不匹配现象。

3、光电探测器的性能参数主要包括响应度、光谱响应曲线及响应时间噪声等效功率。iv-vi族半导体材料如二硫化硒(sns2)、二硒化锡(snse2)等可以在多种材质的衬底下长出符合性能要求的纳米级薄膜。但是目前大多数的化学气相沉积工艺制备出的纳米片过于稀疏离散，响应度和响应时间都不能够满足实际性能需求。

技术实现思路

1、鉴于此，有必要针对现有技术中存在的缺陷提供一种均匀、高致密度的内snsexs2-x/snse2异质结阵列的构建方法及异质结阵列。

2、为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：

3、本申请目的之一，提供一种纳米片内snsexs2-x/snse2异质结阵列的构建方法，包括下述步骤：

4、在支撑衬底上垂直生长snse x纳米片阵列，x＝1.5～2.1；

5、对所述snse2纳米片阵列进行热退火硫化处理；

6、在热退火硫化处理后的所述snse x纳米片阵列上继续生长所述snse2纳米片，以构建纳米片内异质结。

7、在其中一些实施例中，在支撑衬底上垂直生长snse x纳米片阵列的步骤中，具体包括下述步骤：使用分子束外延工艺在所述支撑衬底上生长形成所述snse x纳米片阵列，生长时间为10min～20min。

8、在其中一些实施例中，所述snse x纳米片阵列中的纳米片的厚度为15nm～25nm，高度为0.5μm～2μm。

9、在其中一些实施例中，所述snse x纳米片阵列中，sn与se的原子比为：1.5～2.1。

10、在其中一些实施例中，在对所述snse x纳米片阵列进行热退火硫化处理的步骤中，热退火硫化的气氛为50％～80％ h2s和20％～50％n2。

11、在其中一些实施例中，在对所述snse x纳米片阵列进行热退火硫化处理的步骤中，热退火控制温度在250℃～300℃。

12、在其中一些实施例中，在对所述snse x纳米片阵列进行热退火硫化处理的步骤中，热退火升温与保温时间在30min～120min。

13、在其中一些实施例中，在对所述snse x纳米片阵列进行热退火硫化处理的步骤中，热退火硫化处理后形成的纳米片阵列为snsexs2-x纳米片阵列，x＝0.5～1.5。

14、在其中一些实施例中，在热退火硫化处理后的所述snse x纳米片阵列上继续生长所述snse x纳米片，以构建纳米片内异质结的步骤中，所述纳米片内异质结为snsexs2-x/snse2异质结。

15、在其中一些实施例中，所述snsexs2-x/snse2异质结纳米片的纳米片的厚度为15nm～25nm，高度为1μm～4μm。

16、本申请目的之二，提供了一种内snsexs2-x/snse2异质结阵列，包括所述的内snsexs2-x/snse2异质结阵列的构建方法制备得到。

17、本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：

18、本申请提供的纳米片内snsexs2-x/snse2异质结阵列及构建方法，包括下述步骤：在支撑衬底上垂直生长snse x纳米片阵列；对所述snse x纳米片阵列进行热退火硫化处理；在热退火硫化处理后的所述snse x纳米片阵列上继续生长所述snse x纳米片，以构建纳米片内异质结，相比于传统的通过使用机械转移技术堆叠不同的二维材料来创建二维异质结，基于低温pvd法来生长制备出均匀、高致密度的snse2纳米片阵列，搭建的二维纳米片内snsexs2-x/snse2异质结，在继承单一材料优异性能的同时，拓展出许多优异性能，可以进一步提升二维材料光电探测器的性能，实现下一代超高灵敏度光电器件的研发。

技术特征：

1.一种纳米片内snsexs2-x/snse2异质结阵列的构建方法，其特征在于，包括下述步骤：

2.如权利要求1所述的纳米片内snsexs2-x/snse2异质结阵列的构建方法，其特征在于，在支撑衬底上垂直生长snse2纳米片阵列的步骤中，具体包括下述步骤：使用分子束外延工艺在所述支撑衬底上生长形成所述snse2纳米片阵列，生长时间为10min～20min。

3.如权利要求1或2所述的纳米片内snsexs2-x/snse2异质结阵列的构建方法，其特征在于，所述snse x纳米片阵列中的纳米片的厚度为15nm～25nm，高度为0.5μm～2μm。

4.如权利要求1或2所述的纳米片内snsexs2-x/snse2异质结阵列的构建方法，其特征在于，所述snse x纳米片阵列中，sn与se的原子比为1.5～2.1。

5.如权利要求1所述的纳米片内snsexs2-x/snse2异质结阵列的构建方法，其特征在于，在对所述snse x纳米片阵列进行热退火硫化处理的步骤中，热退火硫化的气氛为50％～80％h2s和20％～50％n2。

6.如权利要求1所述的纳米片内snsexs2-x/snse2异质结阵列的构建方法，其特征在于，在对所述snse x纳米片阵列进行热退火硫化处理的步骤中，热退火控制温度在250℃～300℃。

7.如权利要求1所述的纳米片内snsexs2-x/snse2异质结阵列的构建方法，其特征在于，在对所述snse x纳米片阵列进行热退火硫化处理的步骤中，热退火升温与保温时间在30min～120min。

8.如权利要求1所述的纳米片内snsexs2-x/snse2异质结阵列的构建方法，其特征在于，在对所述snse x纳米片阵列进行热退火硫化处理的步骤中，热退火硫化处理后形成的纳米片阵列为snsexs2-x纳米片阵列，x＝0.5～1.5。

9.如权利要求1所述的纳米片内snsexs2-x/snse2异质结阵列的构建方法，其特征在于，在热退火硫化处理后的所述snse2纳米片阵列上继续生长所述snse x纳米片，以构建纳米片内异质结的步骤中，所述纳米片内异质结为snsexs2-x/snse2异质结。

10.如权利要求9所述的纳米片内snsexs2-x/snse2异质结阵列的构建方法，其特征在于，所述snsexs2-x/snse2异质结纳米片的纳米片的厚度为15nm～25nm，高度为1μm～4μm。

11.一种纳米片内snsexs2-x/snse2异质结阵列，其特征在于，包括权利要求1至10任一项所述的内snsexs2-x/snse2异质结阵列的构建方法制备得到。

技术总结
本申请提供的内SnSe<subgt;x</subgt;S<subgt;2‑x</subgt;/SnSe<subgt;2</subgt;异质结阵列及构建方法，包括下述步骤：在支撑衬底上垂直生长SnSe<subgt;x</subgt;纳米片阵列；对所述SnSe<subgt;x</subgt;纳米片阵列进行热退火硫化处理；在热退火硫化处理后的所述SnSe<subgt;x</subgt;纳米片阵列上继续生长所述SnSe<subgt;x</subgt;纳米片，以构建纳米片内异质结，相比于传统的通过使用机械转移技术堆叠不同的二维材料来创建二维异质结，基于低温PVD法来生长制备出均匀、高致密度的SnSe<subgt;2</subgt;纳米片阵列，搭建的二维纳米片内SnSe<subgt;x</subgt;S<subgt;2‑x</subgt;/SnSe<subgt;2</subgt;异质结，在继承单一材料优异性能的同时，拓展出许多优异性能，可以进一步提升二维材料光电探测器的性能，实现下一代超高灵敏度光电器件的研发。

技术研发人员：冯勃晗,陈明,杨春雷,王玉梦,朱元昊
受保护的技术使用者：深圳先进技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14