[发明专利]具有高光电响应率的黑磷晶体、其制备方法及应用

权利要求书

1.一种具有高光电响应率的黑磷晶体，其特征在于它的制备方法包括：

提供生长前驱物，所述生长前驱物包含质量比为（100~600）：（10~100）：（0.1~10）的红磷、矿化剂和掺杂元素；

将所述生长前驱物置于内腔为真空环境的密封反应容器内，并对所述反应容器进行加热，先在1~3小时内从室温升至600~850℃，并保温1~3小时，之后在1~24小时内降至450~550℃，并保温1~12小时，其后在1~4小时内降温至100~200℃，然后在1~3小时内降温至室温，最终形成具有高光电响应率的黑磷晶体，所述黑磷晶体为单晶，空间点群Cmca(no. 64)，晶胞参数为a=3.2~3.4Å，b=10.4~10.6Å，c=4.3~4.5Å，层间距4~6Å。

2.根据权利要求1所述的具有高光电响应率的黑磷晶体，其特征在于：所述黑磷晶体的XRD特征谱包括5个2θ峰：17.1°，26.6°，34.4°，40.2°，52.5°。

3.根据权利要求1所述的具有高光电响应率的黑磷晶体，其特征在于：所述黑磷晶体为半导体，半导体类型为p型或n型，带隙为0.1~2.5eV，开关比为10³~10⁶，载流子迁移率为10~3000cm²/Vs。

4.根据权利要求1所述的具有高光电响应率的黑磷晶体，其特征在于：所述黑磷晶体的载流子迁移率为100~3000cm²/Vs。

5.根据权利要求1所述的具有高光电响应率的黑磷晶体，其特征在于：所述掺杂元素包含磷、硼、碳、钠、镁、硫、钾、砷元素中的任意一种或两种以上的组合，相应的，所述黑磷晶体的XPS图谱包括以下特征峰中的至少一个：磷 129~132 eV、硼 189~194 eV、碳 283~286eV、钠 1064~1080 eV、镁 1233~1237 eV、硫 160~172 eV、钾 290~300 eV、砷 40~50 eV。

6.根据权利要求1所述的具有高光电响应率的黑磷晶体，其特征在于：所述黑磷晶体的光响应率大于1 A/W。

7.一种具有高光电响应率的黑磷晶体的制备方法，其特征在于包括：

提供生长前驱物，所述生长前驱物包含质量比为（100~600）：（10~100）：（0.1~10）的红磷、矿化剂和掺杂元素；

将所述生长前驱物置于内腔为真空环境的密封反应容器内，并对容置有所述生长前驱物的所述反应容器进行加热，先在1~3小时内从室温升至600~850℃，并保温1~3小时，之后在1~24小时内降至450~550℃，并保温1~12小时，其后在1~4小时内降温至100~200℃，然后在1~3小时内降温至室温，最终形成所述具有高光电响应率的黑磷晶体对所述反应容器依次进行加热、保温、降温，从而生长形成所述具有高光电响应率的黑磷晶体。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述矿化剂包括锡、金、金锡合金、碘化锡、银、铜、镁锡铜合金中的任意一种或两种以上的组合。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述掺杂元素包括硒、硫、碳、硼、砷、钠、镁、钾元素中的任意一种或两种以上的组合。

10.由权利要求7-9中任一项所述方法制备的具有高光电响应率的黑磷晶体。

11.一种光电探测器，其特征在于包含权利要求10所述的具有高光电响应率的黑磷晶体，其光响应率大于1A/W。

12.根据权利要求11所述的光电探测器，其特征在于包含从所述黑磷晶体上剥离出的薄膜，所述薄膜的厚度为1~20 nm。