[发明专利]一种γ相硒化铟纳米片的外延生长方法

说明书

本发明公开了一种γ相硒化铟纳米片的外延生长方法,纳米片的制备方法是化学气相沉积(CVD)技术，在46Pa附近的本底真空下，通过高纯氩气作为载体，在恒定温度的衬底上进行生长，之后再在氩气氛围下进行退火。本发明所得到的γ‑In₂Se₃纳米片组分均匀，形貌为正六边形，尺寸大小在5μm左右，有利于对材料进行光刻等微加工工艺，为制备光电子、光伏等器件提供更简单易行的制备工艺。同时γ‑In₂Se₃纳米片材料制备参数易调整，设备简单，易操作，生长过程可控，工艺重复性好，具有较高的制备效率。它在光电子学领域的独特优势将为新型光伏器件的应用打下基础。

技术领域

本发明属于半导体光电材料技术领域,具体为γ相硒化铟纳米结构材料、化学气相沉积生长方法及其光学性质的应用,特别设计一种γ相硒化铟纳米片的外延生长方法。

背景技术

近年来，由于其特殊的光学和电学特性，III-VI族化合物半导体材料被广泛应用在晶体管、太阳能电池和光电探测器等光电子器件中。作为一种典型的III-VI族化合物半导体，In₂Se₃是一种复杂的直接带隙半导体材料，它属于六方晶系，具有层状结构，原子排列顺序为Se-In-Se-In-Se，在单个原子层内由共价键相互作用，而在层与层之间是较弱的范德华力相互作用。此外，In₂Se₃可以呈现出五个不同的晶格结构(α、β、γ、δ和K相)，其中γ-In₂Se₃是一种带缺陷型的纤锌矿结构，缺陷沿着z轴方向成螺旋状。

γ-In₂Se₃材料的制备已经有十几年的历史。制备工艺的选择；衬底种类的选择及后期的处理过程对材料的光学性能有明显的影响。早在1996年，Marsillac用固态反应的方法制备出γ-In₂Se₃薄膜，并对其结构以及光学性能进行初步研究；2000年，TomohikoOhtsuka用分子束外延的方法在GaAs(111)衬底上沉积带缺陷的纤锌矿结构的γ-In₂Se₃薄膜，并对其在波长范围576-586nm内进行不同温度条件下的光致发光光谱的测试，得到其室温下的带隙宽度为1.90eV。2008年，Huang Yen-Chin等人利用金属氧化物化学气相沉积的方法，在硅衬底上获得γ-In₂Se₃薄膜，发现生长温度对于生成γ相晶格结构至关重要，并且发现控制生长温度为能够有效提高薄膜的晶格质量。

与薄膜材料相比，纳米材料有更高的表面积与体积比，γ-In₂Se₃纳米结构在光电子学领域将会有更大的应用前景，例如激光器、发光二极管以及太阳能电池等器件应用。2011年，M.D.Yang利用金属氧化物化学气相沉积的方法在硅沉底上成功合成单一相的γ-In₂Se₃纳米点，通过阴极射线发光谱和光吸收谱获得的光吸收系数显示γ-In₂Se₃纳米点在光伏应用领域作为吸收层具有重要的应用前景。2017年，Shuo Chen利用热注入合成胶体的方法合成二维γ-In₂Se₃纳米球花状结构，并制作γ-In₂Se₃和硅的异质结光电二极管，在可见光和近红外光照明条件下，该器件展现的很高的光响应速率和光探测率。但是以上提供的方法步骤繁琐，获得的纳米结构尺寸均不到1μm，并且没有关注晶格内部杂质或者缺陷对γ-In₂Se₃纳米结构光学性能的影响。