[发明专利]一种基于化学气相沉积制备具有光电响应的二硒化铌纳米片阵列的方法

说明书

本发明公开了一种基于化学气相沉积制备具有光电响应的二硒化铌纳米片阵列的方法，是以五氧化二铌粉末和硒粉为原料，通过一步常压化学气相沉积在氧化硅衬底上生长出高质量的二硒化铌纳米片阵列。本发明具有生长简便、大面积、高效的特点，所制备的材料具有良好的紫外‑可见光吸收性能和良好的稳定性，且光探测响应速度快。

技术领域

本发明涉及光电响应特性材料，具体涉及一种基于化学气相沉积制备具有光电响应的二硒化铌纳米片阵列的方法，属于电子材料和器件领域。

背景技术

二维材料由单层或多层原子或分子组成，由于其独特的二维结构而具有独特的性质和功能。受到石墨烯研究的启发，人们对其它二维纳米晶体的兴趣日益浓厚。其中，超薄过渡金属二硫族化物，包括MoS₂、ReS₂、WS₂、WSe₂、PtSe₂、NbSe₂等，被认为是由单层或多层六角形系统组成的二维纳米材料家族中的重要成员。每个分子膜由一个金属原子和两个硫基元素原子组成。虽然X-M-X重叠由弱范德华力连接，但层间存在很强的共价相互作用。在过去的几年里，过渡金属二硫族化物独特的光电特性引起了全世界范围内的研究热潮。这些材料在电学、光学、热电学、压力学、磁场等领域具有完全不同的能带结构和优异的性能。通过对不同的二维材料进行叠加，可以构造出功能更强的材料体系。在近红外波段，它具有强库仑作用产生的强激子发光特性，为新型发光器件(如LED、光电探测器、激光、太阳能电池等)的构建提供了新的材料选择。

二硒化铌由于其电荷密度波跃迁和超导跃迁的物理性质，已成为一种非常重要的材料。二硒化铌的结构是六角形的，由紧密包裹、紧密耦合的分子层组成，弱范德华力相互作用，导致高度的各向异性。二硒化铌具有层状的晶体结构，单元细胞为2H型，由二硒化铌的双层组成。由于样品制备的困难，有关尺寸相关特性的实验研究较少。二硒化铌本质上是一种具有超导体性质的二维金属。二硒化铌薄层也可通过机械剥离或有机溶剂液相剥离获得，是通过提供高能量来克服二硒化铌层与层之间的范德华力，后一种方法的优点是反应温度相对较低，但获得的二硒化铌的厚度和尺寸无法控制。当然，制备二硒化铌材料的常用方法还有锂离子插层法、脉冲激光沉积法(PLD)等，但这些方法不能制备出具有良好形貌和良好结晶度的材料。

近年来，化学气相沉积(CVD)已广泛应用于合成二硫化钼、二硒化钨等过渡金属二硫族化物。当然也有报道利用CVD制备高质量二硒化铌薄膜的方法。CVD技术在高质量、大面积、大尺寸、相位/厚度可控的二维过渡金属二硫族化物生长方面具有巨大的潜力。已知有各种各样的形状被合成，如三角形、六边形、三角星和六角星。反应温度、载气流量、反应物质量、基底与蒸发源材料之间的距离等不同的生长参数都会影响纳米材料的生长形貌和成核密度。探索反应条件获得不同形貌的高质量单晶二硒化铌纳米材料具有重要的研究价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于化学气相沉积制备具有光电响应的二硒化铌纳米片阵列的方法，所要解决的问题在于通过反应条件的摸索和改进，制得具有良好的光电响应特性和快速响应时间的垂直生长的二硒化铌纳米片阵列材料。

为实现发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于化学气相沉积制备具有光电响应的二硒化铌纳米片阵列的方法，其特点在于，包括如下步骤：

1)以氧化硅片作为基底，对基底进行清洗后，再放入臭氧中处理30分钟；

2)用氩气对管式炉进行清洗以确保反应过程无氧气掺入，然后通氩气使管式炉内维持常压；将0.1g～0.2g五氧化二铌粉末和0.02g～0.05g氯化钠混合后置于第一石英舟中，将氧化硅片倒置在第一石英舟的中央上方，然后再将第一石英舟放入管式炉的中央加热区；将1g～2g硒粉置于第二石英舟中，然后再放入管式炉内，并位于第一石英舟的上游；