一种基于二维碲模板法的二维碲硒异质结的合成方法与流程

本发明属于二维纳米材料制备，尤其涉及了一种基于二维碲模板法的二维碲硒异质结的合成方法。

背景技术：

1、二维材料在工艺加工、光学性能等方面可以满足未来大规模光子集成回路高速率、低功耗的需求。二维材料具有超高载流子迁移率、较强光-物质相互作用和层间范德华力结合等特性，可与集成光学结合，实现高速、高效和易于加工的光电器件。目前二维材料被广泛应用于集成平台的激光源、光学调制器和光电探测器。其中，光电探测器的应用吸引了大量科学研究，因为二维材料的带隙宽泛，可以覆盖较宽波长范围，同时，其非常大的比表面使得它在光电吸收方面有突出的效果。而作为沟道材料的二维原子晶体材料的研究中，设计和制备具有可调节原子结构和光电性质的异质结构材料，是实现其新功能和新应用的重要基础，也是当前二维异质结研究的热点与难点。通过界面能带排布可调二维异质结的可控构筑，可为纳米光电器件的发展提供丰富的材料资源，加速二维半导体器件在多样化、多功能、宽谱响应和可调谐光电器件领域的发展。

2、二维碲是典型的窄带隙的p型半导体，其块材具有0.35电子伏特的带隙，对近红外及中红外波段具有较好的光吸收(1μm-3μm)，拥有超高的载流子迁移率(碲烯的空穴迁移率可达700平方厘米每伏每秒)，是二维红外光电探测器的良好候选者。集中于以碲为单一材料的光电导型光电探测，虽然可以实现宽光谱的红外光响应；但是，由于暗电流过大，会导致器件功耗较大。过去的研究中有采用直接转移的办法将二维过渡金属氧化物这类的n型材料和碲烯这个p型材料直接结合形成异质结，对其光电探测器的性能有一定的提升。但是，还没有工作以碲烯作为晶种，继续在碲的上面生长一层n型材料。这样的好处在于，可以减少因为转移过程带来的杂质等不良因素，同时在界面处的结合更为紧密，可以有效的让光生载流子在这个区域迁移。

3、硒和碲为同一个族的元素，具有类似的一维范德华力螺旋结构。同时，它也是个n型材料。所以，如果通过一定的生长方式能形成这种碲-硒的异质结，可以形成紧密的界面，可以匹配的晶格结构。这个异质结可能会在光电、电子等领域大放光彩。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种基于二维碲模板法的二维碲硒异质结的合成方法。

2、根据本发明实施例的第一方面，提供了一种基于二维碲模板法的二维碲硒异质结的合成方法，所述合成方法包括：

3、提供二维碲烯晶体；

4、将二维碲烯晶体溶于水，得到第一溶液；

5、将硒粉溶于水合肼，得到第二溶液；

6、将第一溶液与第二溶液按摩尔比1:1混合，在180℃下反应8-14小时，得到二维碲硒异质结。

7、进一步地，提供二维碲烯晶体，包括：

8、将0.1g亚碲酸钠和0.5g分子量为55000的聚乙烯吡咯烷酮溶解在30ml的电导率为18.2mω•cm的去离子水中，形成浓度为0.014mol/l的溶液a，随后将1.65ml水合肼和3.3ml氨水混合形成溶液b加入到溶液a中，并放入水热反应容器中，密封后在160℃烘箱中反应30个小时取出，得到产物二维碲烯晶体。

9、进一步地，第二溶液的浓度为0.025-0.1mol/l。

10、进一步地，第二溶液的浓度为0.05mol/l。

11、进一步地，将硒粉在30-50℃下溶于水合肼。

12、进一步地，将硒粉在40℃下溶于水合肼。

13、进一步地，将第一溶液与第二溶液在180℃下反应10小时。

14、进一步地，所述合成方法还包括：

15、对二维碲硒异质结进行清洗，将清洗后的二维碲硒异质结转移到硅片上观察形貌，并获取eds能谱分析的结果。

16、根据本发明实施例的第二方面，提供了一种二维碲硒异质结，由上述的基于二维碲模板法的二维碲硒异质结的合成方法制得。

17、根据本发明实施例的第三方面，提供了一种场效应晶体管，包括：带背栅的衬底，衬底上表面的两侧分别设置有源极和漏极，衬底上表面及源极和漏极中间还设置有上述的二维碲硒异质结。

18、本发明的有益效果如下：

19、（1）本发明是以新材料二维碲片作为模板，通过湿法化学，制备高质量，高结晶度的二维碲硒异质结。该二维碲硒异质结具有与模板相同的形貌，可以用来制备各种光电和电子器件。

20、（2）本发明对碲硒异质结的光电性能进行了表征，发现其光电探测响应度高。

21、（3）本发明的工艺简单可控、制备周期短、安全无污染、廉价。根据实际的生产要求，可以灵活地制备不同厚度的二维异质结，为碲烯在光电领域的应用提供了新思路。

技术特征：

1.一种基于二维碲模板法的二维碲硒异质结的合成方法，其特征在于，所述合成方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于二维碲模板法的二维碲硒异质结的合成方法，其特征在于，提供二维碲烯晶体，包括：

3.根据权利要求1所述的基于二维碲模板法的二维碲硒异质结的合成方法，其特征在于，第二溶液的浓度为0.025-0.1mol/l。

4.根据权利要求3所述的基于二维碲模板法的二维碲硒异质结的合成方法，其特征在于，第二溶液的浓度为0.05mol/l。

5.根据权利要求1所述的基于二维碲模板法的二维碲硒异质结的合成方法，其特征在于，将硒粉在30-50℃下溶于水合肼。

6.根据权利要求5所述的基于二维碲模板法的二维碲硒异质结的合成方法，其特征在于，将硒粉在40℃下溶于水合肼。

7.根据权利要求1所述的基于二维碲模板法的二维碲硒异质结的合成方法，其特征在于，将第一溶液与第二溶液在180℃下反应10小时。

8.根据权利要求1所述的基于二维碲模板法的二维碲硒异质结的合成方法，其特征在于，所述合成方法还包括：

9.一种二维碲硒异质结，其特征在于，由上述权利要求1-7任一项所述的基于二维碲模板法的二维碲硒异质结的合成方法制得。

10.一种场效应晶体管，其特征在于，包括：带背栅的衬底，衬底上表面的两侧分别设置有源极和漏极，衬底上表面及源极和漏极中间还设置有权利要求9所述的二维碲硒异质结。

技术总结
本发明公开了一种基于二维碲模板法的二维碲硒异质结的合成方法，所述合成方法包括：提供二维碲烯晶体；将二维碲烯晶体溶于水，得到第一溶液；将硒粉溶于水合肼，得到第二溶液；将第一溶液与第二溶液按摩尔比1:1混合，在180℃下反应8‑14小时，得到二维碲硒异质结。本发明利用了硒的原子结构和碲有相似的情况，利用水热法进行外延生长得到二维形貌的碲硒异质结。本发明方法具有低温低压、操作简单、成本低廉和便于工业化的特点。并且该二维碲硒异质结可以大大提高二维碲烯本身的光电探测性能。

技术研发人员：王一休,李凌,付翔,张亮
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22