[发明专利]一种大面积薄层二维碲烯的制备方法

说明书

本发明提供了一种大面积薄层二维碲烯的制备方法，该制备方法包括以下过程：以碲粉末为碲源，通过将碲粉磨细并取少量以2‑4列形式放置在SiO₂/Si基底上，每列间相隔约2‑4 mm，在此基底上再覆盖另一SiO₂/Si基底，构建限域生长空间，放置于单温管式炉中，在700‑800℃下退火10‑40 min，碲蒸发进入气相，大部分停留在限域空间内，直接在基底上实现大面积的生长。该方法制备出来的碲烯薄膜具有生长面积大、厚度薄、较为均匀等优点。

技术领域

本发明属于二维薄层材料的制备领域，具体涉及一种大面积薄层二维碲烯的制备方法。

背景技术

碲烯因具有独特的能带结构与材料特性，近年来成为备受关注的新型二维材料。这一材料能带结构呈现出强烈的层数依赖性，单层碲烯具有间接带隙结构，带隙大小~1eV，而体块碲则具有~0.35 eV的间接带隙。此外，碲还表现出诸多优异的性质，如较高的迁移率与开关比以及良好的光电导率、热电性、非线性光学响应与稳定性等，在传感器、电子器件及催化领域展示出巨大的应用前景。

推进碲烯实用化的关键在于实现大面积二维碲烯薄膜的可控制备。制备碲烯方法主要包括晶体剥离法、溶剂热合成法、物理气相沉积、分子束外延法等，但目前以上方法制备得到的碲烯均存在层数难以控制、横向尺寸较小等问题，因此本发明主要通过改进常规的物理气相沉积法，提出限域空间内沉积的方法，制备得到大面积、层数均一的二维碲烯薄膜。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术方法的不足，以一种新型的限域物理气相沉积方法实现了大面积二维碲烯的制备，该制备工艺简便易实施，获得的碲烯薄膜的面积较大，可达1-3 mm²，适用于电子器件等方面的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种大面积薄层二维碲烯的制备方法，包括以下步骤：

（1）取少量碲粉在研钵中充分研磨

（2）将研磨好的碲粉取少量放置在SiO₂/Si基底上，放置成1-4列，再放置另一片SiO₂/Si基底覆盖于碲粉上；

（3）将步骤（2）中的碲粉/基底承载在清洗好的石英舟中，而后一并放置在管式炉中心温区进行高温退火，进而得到大面积的薄层二维碲烯。

具体步骤如下：

（1）称取0.1 g 碲粉在玛瑙研钵中充分研磨至没有颗粒感；

（2）用硅片刀切割2片SiO₂/Si基底，每片基底大小约1.2×0.8 -1.6×0.8 cm，用氮气枪喷出的氮气气流清除基底表面颗粒杂质，再依次利用丙酮、乙醇、异丙醇清洗基底表面的有机污染物，称取2-20 mg 步骤（1）中磨好的碲粉，分2-4列放置在基底上，将另一片基底覆盖在放有粉末的基底上；

（3）将石英舟依次在乙醇、去离子水中超声清洗10-15 min，烘干后使用，将步骤（2）中的两片重叠的基底放置在石英舟中，整个石英舟放置在管式炉的中心温区，SiO₂/Si基底对准中心温区的热电偶，整个过程在氩气氛围下进行，氩气流速为100 sccm，通入氩气15 min以排尽管内空气，设置程序为20 ℃/min 升温至700-800 ℃，保温10-40 min，随后自然降温，在300 ℃以下打开炉门，待冷却至70 ℃以下关闭氩气并取出样品。

步骤（2）中相邻两列碲粉间隔约2-4 mm，两片基底抛光面相对放置，上层基底长度略大于下层基底，石英舟上放置的基底对准中心温区的热电偶。

本发明的显著优点在于：