[发明专利]一种铌酸镁单晶纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种铌酸镁单晶纳米片及其制备方法和应用，属于功能材料技术领域。本发明采用化学气相传输法结合氟金云母片的空间限域作用，并利用氟金云母片本身提供MgO前驱体，成功制备得到了铌酸镁单晶纳米片，且厚度均匀，表面平整，结晶性好，可以很好地运用于二维场效应晶体管的栅极绝缘层，提高晶体管中的载流子迁移率，进而提升器件性能。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，尤其涉及一种铌酸镁单晶纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，以石墨烯、二硫化钼为代表的二维层状材料引起了人们的广泛关注。由于量子限域效应，二维半导体材料沟道中的电子输运被限制在二维平面内，可以有效避免场效应晶体管沟道尺寸减小带来的短沟道效应。二维半导体材料的设计开发为后摩尔时代先进制程逻辑器件的应用提供了有效的解决方案。将二维超薄的高介电常数绝缘介质集成到二维半导体器件中，能够实现栅极电压对场效应晶体管沟道载流子浓度的高效率调控，从而降低器件的漏电流和功耗。尽管业界对新型的二维层状半导体材料的设计开发已经开展了大量的工作，但是相对应的二维介电材料的研发仍然处在起步阶段。

铌酸镁(MgNb₂O₆)是一种微波介质陶瓷，其谐振频率温度系数接近零，为-7×10^-5℃^-1，质量因子高，约为93800GHz，在微波滤波器和谐振器中得到了广泛的应用。MgNb₂O₆晶体具有较高的介电常数和击穿场强，非常适合用于场效应晶体管中的栅极绝缘层。但是由于其属于非层状结构材料，通常只能制备得到块体MgNb₂O₆单晶，无法实现MgNb₂O₆晶体在二维化生长，这限制了它在二维电子器件中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铌酸镁单晶纳米片及其制备方法和应用，采用本发明提供的方法能够制备得到铌酸镁单晶纳米片，且厚度均匀，表面平整，结晶性好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种铌酸镁单晶纳米片的制备方法，包括以下步骤：

将Nb₂O₅粉末与碘单质混合，得到混合原料；

将至少两片氟金云母片贴合放置，在所述氟金云母片的贴合面之间形成限域空间，得到贴合氟金云母片组件；

将所述混合原料与贴合氟金云母片组件分别置于反应器内的两端，在密闭条件下，对所述混合原料进行第一热处理，对所述贴合氟金云母片组件进行第二热处理，在所述贴合氟金云母片组件形成的限域空间内原位生长得到铌酸镁单晶纳米片；所述第一热处理的温度为690～710℃，第二热处理的温度为670～690℃，所述第一热处理的温度比第二热处理的温度高5～30℃。

优选地，所述Nb₂O₅粉末与碘单质的质量比为1：(1.2～0.5)。

优选地，升温至所述第一热处理的温度与第二热处理的温度的时间为500～700min。

优选地，所述第一热处理的保温时间与第二热处理的保温时间为500～700min。

优选地，所述第一热处理与第二热处理后还包括将所述混合原料与贴合氟金云母片组件的温度降至室温，温度降至室温的时间为500～700min。

优选地，所述第一热处理与第二热处理在真空度为10^-4～10^-3Torr的条件下进行。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的铌酸镁单晶纳米片。

优选地，所述铌酸镁单晶纳米片的厚度为5～80nm。