正交相二维层状SiP单晶及薄膜的制备方法及其应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106119960A(43)申请公布日2016.11.16(21)申请号201610590752.7(22)申请日2016.07.25(71)申请人山东大学地址250100山东省济南市历下区山大南路27号(72)发明人王善朋陶绪堂李春龙于童童(74)专利代理机构济南金迪知识产权代理有限公司37219代理人王绪银(51)Int.Cl.C30B29/10(2006.01)C30B9/10(2006.01)C30B29/64(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称正交相二维层状SiP单晶及薄膜的制备方法及其应用(57)摘要一种正交相二维层状SiP单晶及薄膜的制备方法及其应用，该方法包括以下步骤：(1)称取Si、P和Sn，Sn作为金属助熔剂，然后将三种原料装入石英管中，抽真空后烧结封管；(2)将石英管放入加热炉中，采用阶段性升温程序，Si和P充分化合反应；(3)o-SiP成核并长大后，将石英管从炉膛取出并倒置，o-SiP单晶与金属助熔剂Sn分离；(4)打开石英管取出料块，除去附着在o-SiP表面的Sn助熔剂，清洗干净，得到片状o-SiP晶体；(5)将o-SiP晶体浸没于NaOH溶液中，超声后分离出沉淀物，清洗得到较大尺寸及高质量的正交相二维层状SiP单晶纳米薄膜；可用于饱和吸收体对激光产生调制、超短脉冲激光器的被动锁模以及制作光电子器件、辐射探测器或太阳能电池。CN106119960ACN106119960A权利要求书1/1页1.一种正交相二维层状SiP单晶及薄膜的制备方法，其特征是，包括以下步骤：(1)按照摩尔比Si:P:Sn＝1:1～1.2:4～10的比例称取Si、P和Sn，Sn作为金属助熔剂，然后将三种原料装入石英管中，抽真空后烧结封管；(2)将石英管放入加热炉中，采用阶段性升温程序，首先10小时～15小时升温至400～600℃，恒温30小时～50小时；然后20小时～30小时升温至1100～1200℃，恒温20小时～30小时，使得Si和P充分化合反应；(3)以0.1～7℃/小时的速率缓慢降温，在此过程中o-SiP成核并逐渐长大；当炉体温度降至600～700℃时，迅速将石英管从炉膛取出并倒置，使生长得到的o-SiP单晶与金属助熔剂Sn分离，得到体块o-SiP单晶；(4)打开石英管取出料块，置于盐酸中溶解除去附着在o-SiP表面的Sn助熔剂，然后用去离子水清洗干净，得到黑色片状o-SiP晶体；(5)将o-SiP晶体浸没于浓度为2mol/L～5mol/L的NaOH溶液中，在频率40Hz下超声20小时～40小时，然后分离出沉淀物，用去离子水清洗，得到正交相二维层状SiP单晶纳米薄膜。2.权利要求1所述正交相二维层状SiP单晶及薄膜的制备方法制备的正交相二维层状SiP单晶纳米薄膜，用于饱和吸收体对激光产生调制。3.权利要求1所述正交相二维层状SiP单晶及薄膜的制备方法制备的正交相二维层状SiP单晶纳米薄膜，用于超短脉冲激光器的被动锁模。4.权利要求1所述正交相二维层状SiP单晶及薄膜的制备方法制备的正交相二维层状SiP单晶纳米薄膜，用于制作光电子器件、辐射探测器及太阳能电池。2CN106119960A说明书1/4页正交相二维层状SiP单晶及薄膜的制备方法及其应用技术领域[0001]本发明涉及一种利用金属助熔剂法生长正交相二维层状SiP单晶及薄膜的方法，及其光电器件应用，属于二维层状材料及其光电功能器件应用技术领域。背景技术[0002]二维层状材料层内以强的共价键或离子键结合，而层与层之间依靠弱的范德华力形成的一类材料。由于层间弱的相互作用力，层与层很容易相互剥离，从而可以形成单层或多层二维材料。石墨烯、过渡金属硫属化合物(MoS2、MoSe2、WS2等)以及黑磷等是近年来研究较为广泛的二维层状材料，由于其具有优异电、光、磁、力等性能，在显示器件、场效应晶体管、光电传感器以及激光技术等新一代电子和光电子器件领域具有重要的应用潜力。石墨烯有超高的载流子迁移率和极低的电阻率，是目前研究最为成熟的二维层状材料，制备工艺较为成熟，基于石墨烯这些优异性质开展了大量基础研究和器件应用相关工作，并且取得了很多有重要应用价值的成果，但是，由于石墨烯的零带隙能带结构，其在电子以及光电子方面的应用受到了很大的限制。过渡金属二硫族化合物(TMDs)研究较为广泛的非石墨烯类二维层状材料，其化学式为MX2(M为过渡金属元素如Mo、W等，X为S、Se和Te等)，单层的二硫化钼是由S-Mo-S的共价键组成的，厚度为0.65nm，层与层之间是由范德华力相结合的，MoS2是一种具有可调带隙的半导体材料，当厚度减小到单层时，带隙变为直接带隙达到1.9eV，在光电子领域具有更