[发明专利]一种反向气流法制备层状铋氧硒半导体薄膜的方法

说明书

本发明提出了一种反向气流法制备层状铋氧硒半导体薄膜的方法，属于半导体材料技术领域，包括如下步骤：以铋氧硒固体粉末为生长原材料，将所述生长原材料置于管式炉内的一端，基底置于管式炉内的另一端；先向管式炉内通入反向气流并对管式炉内进行加热，达到沉积温度后，在所述沉积温度下保温；保温结束后，再转为向管式炉内通入正向气流以使所述生长原材料在所述基底上沉积生长，沉积完毕后，得到层状铋氧硒半导体薄膜。本发明提供了一种采用正反向气流可控制备大面积Bi₂O₂Se二维半导体的方法，该方法简单易操作，成本低廉，所得薄膜面积大质量高，在二维半导体领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，具体涉及一种反向气流法制备层状铋氧硒半导体薄膜的方法。

背景技术

超薄高迁移率的层状半导体是构成现代电子事业的基础，而传统半导体由于尺寸缩小带来越来越多的弊端，研发合成新型半导体迫在眉睫。二维半导体因其独特的层状结构，具有优异的光电性能，引起了研究者的广泛关注。硒氧化铋（Bi₂O₂Se）是一种经典的热电材料，为四方晶系（a=b=3.88埃，c=12.16埃，Z=2），层状结构由(Bi₂O₂)_n和Se_n交替连接构成。

近年来，C. DRASAR等人合成了单晶Bi₂O₂Se并研究了其块体的电学输运性能，测得块状Bi₂O₂Se的室温霍尔迁移率可达300cm²V^-1s^-1。北大彭海琳等人首次合成超薄Bi₂O₂Se薄膜，其在2K下的霍尔迁移率大于20000cm²V^-1s^-1，300K下的霍尔迁移率可达313 cm²V^-1s^-1，是目前所发现的二维半导体中迁移率最大的半导体材料之一。并且理论和实验也证明Bi₂O₂Se的带隙在0.8eV～1.2eV，随层数的变化而变化。因此，薄层Bi₂O₂Se在逻辑运算，光电等领域具有十分广阔的应用前景。然而，高质量、大面积薄层的制备是这种材料所面临的重大挑战之一。目前，合成Bi₂O₂Se的方法主要分为两种，一种采用液相合成或者化学气相传输法合成块体的Bi₂O₂Se，所得样品为块体，无法应用于电子器件；另外一种是采用低压化学气相沉积法合成薄层Bi₂O₂Se薄膜，尽管该种方法能合成出Bi₂O₂Se薄层，但低压环境条件苛刻，功耗高，不利于规模化生产，且制备的Bi₂O₂Se薄层不均匀成核概率高。在常压下大面积合成Bi₂O₂Se薄膜单晶鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提出一种反向气流法制备层状铋氧硒半导体薄膜的方法，用于克服现有技术中需低压环境条件且制备的Bi₂O₂Se薄层不均匀成核概率高等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种反向气流法制备层状铋氧硒半导体薄膜的方法，包括如下步骤：以铋氧硒固体粉末为生长原材料，将所述生长原材料置于管式炉中心位置，基底置于管式炉内炉膛口位置；

先向管式炉内通入反向气流并对管式炉内进行加热，达到沉积温度后，在所述沉积温度下保温；

保温结束后，再转为向管式炉内通入正向气流以使所述生长原材料在所述基底上沉积生长，沉积完毕后，得到层状铋氧硒半导体薄膜；

整个制备过程的压强为常压。