[发明专利]二维SnSe-SnSe2

说明书

本发明属于纳米半导体材料领域，并具体公开了一种二维SnSe‑SnSesubgt;2/subgt; p‑n异质结及其制备方法，包括如下步骤：S1将碘化亚锡和硒粉混合获得前驱体，将该前驱体加热生成SnSesubgt;2/subgt;晶体材料，通入载气将所述SnSesubgt;2/subgt;晶体材料带至衬底处，使其在衬底上进行沉积，以此形成二维SnSesubgt;2/subgt;晶体材料；S2将所述二维SnSesubgt;2/subgt;晶体材料进行加热，使其在高温下部分分解原位得到SnSe‑SnSesubgt;2/subgt; p‑n异质结。本发明能够降低反应温度，减小制备过程中的能耗，同时克服了湿化学和机械合成的难题，实现二维层状材料的可控制备。

技术领域

本发明属于纳米半导体材料领域，更具体地，涉及一种二维SnSe-SnSe₂ p-n异质结及其制备方法。

背景技术

自2004年Geim和Novoselov首次通过机械剥离的方法成功制备石墨烯以来，二维材料便作为一种新型功能材料引起广泛关注。虽然石墨烯具有超高的电子迁移率以及良好的延展性，但其零带隙的特性限制了其在光电及电子器件中的应用，而对于这一领域而言，较为理想的材料是二维半导体。到目前为止，除石墨烯外，已经通过各种方法制备了大量的石墨烯样超薄二维纳米材料，但目前的研究主要是基于二维n型半导体材料，缺少室温下稳定存在的二维p型半导体，因此严重影响了二维p-n异质结的发展。

SnSe₂和SnSe是由同种金属原子(Sn)和硫属原子(Se)组成的二维材料，与过渡金属硫属化合物相比，具有成本低、元素储量丰富以及环境友好等优点。此外，它们还具有丰富的电子能带结构和载流子类型：SnSe₂具有和MoS₂类似的六方层状结构，属于电子主导的n型半导体；SnSe具有和黑磷类似的正交晶系结构，一个Sn原子与三个Se原子相连形成褶皱状的Sn-Se层，层间以范德华力相结合形成二维层状结构，在配位过程中Sn空位的形成焓比较小而容易形成浅受主能级，使得SnSe表现出空穴主导的p型半导体性质。更重要的是，p-SnSe和n-SnSe₂用于构筑本征p-n异质结，可以有效避免结区异质原子扩散而引起的性能降低，有望构筑高性能的二维p-n异质结光探测器。

近年来，二维SnSe₂和SnSe逐渐引起科研人员的关注：如美国布法罗大学的MarkT.Swihart课题组采用SnCl₂和硒源在有机溶剂环境中液相合成了超薄SnSe纳米片；中科院物理研究所的高鸿钧和新加坡南洋理工大学的刘政课题组通过机械剥离得到了少层SnSe₂，并构筑了高性能的场效应晶体管以及光探测器。但是这两种制备方法均有其局限性：液相法合成的样品表面不可避免的残留有机溶剂等杂质，严重损害器件的性能；机械剥离法得到的纳米片虽然结晶质量高，但是其产物尺寸、厚度都不可控，并且产量非常小，难以实现大规模均匀制备。气相沉积法是一种高效合成二维材料的有效手段，由于目前多采用高熔点的金属源(SnO₂和SnSe)作为原料，使得反应过程中原料之间的浓度差异较大，导致合成的纳米片普遍较厚。相比于SnSe₂而言，SnSe具有更大的层间作用力，气相法得到其二维结构的难度更大，因此其二维结构的研究工作相对较少，从而导致二维SnSe-SnSe₂ p-n异质结的制备进展缓慢。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种二维SnSe-SnSe₂ p-n异质结及其制备方法，其目的在于，采用易于反应的碘化亚锡和硒粉作为金属源和硒源，并将反应区与沉积区进行空间隔离，相应能够降低反应温度，并避免衬底发生破坏，得到二维SnSe₂晶体材料后，再通过对其加热使其部分转变为SnSe，从而得到二维SnSe-SnSe₂ p-n异质结晶体材料，克服了湿化学和机械合成的难题，实现二维层状材料的可控制备。