Pressione atmosferica fabbricazione di fiocchi di medie e grandi monostrato rettangolare SnSe
Summary
Un protocollo è presentato che dimostra una tecnica di montaggio in due fasi per crescere grandi monostrato a forma rettangolare SnSe fiocchi su wafer di basso costo SiO2/Si dielettrici in un sistema di pressione atmosferica al quarzo tubo fornace.
Abstract
Seleniuro di latta (SnSe) appartiene alla famiglia dei materiali a strati calcogenuri del metallo con una struttura con fibbia come phosphorene e ha indicato il potenziale per le applicazioni in dispositivi di nanoelettronica bidimensionale. Anche se sono stati sviluppati molti metodi per sintetizzare nanocristalli SnSe, un modo semplice per fabbricare grandi fiocchi di monostrato SnSe rimane una grande sfida. Qui, vi mostriamo il metodo sperimentale a crescere direttamente grandi monostrato rettangolare SnSe fiocchi su comunemente usato SiO2/Si substrati utilizzando un metodo di fabbricazione semplice in due fasi in un tubo di quarzo di pressione atmosferica isolanti sistema del forno. Il monostrato rettangolare SnSe fiocchi con uno spessore medio di ~6.8 Å e ingombro laterale di circa 30 µm × 50 µm sono stati fabbricati da una combinazione di tecnica di deposizione di trasporto del vapore e percorso di incisione di azoto. Abbiamo caratterizzato la morfologia, microstruttura e proprietà elettriche dei fiocchi SnSe rettangolari ed abbiamo ottenuto eccellenti cristallinità e buone proprietà elettroniche. Questo articolo circa il metodo di fabbricazione in due fasi può aiutare i ricercatori a crescere altri simili materiali bidimensionale, medie e grandi, singolo strato utilizzando un sistema di pressione atmosferica.
Introduction
Ricerca nei due dimensionale (2D) materiali ha fiorito negli ultimi anni dall’isolamento successo del grafene, dalla possibilità di 2D materiali aventi proprietà elettriche, ottiche e meccaniche superiori sopra le loro controparti di massa1 , 2 , 3 , 4 , 5. materiali 2D mostrano promettenti applicazioni in optoelettronica e dispositivi elettronici6,7, catalisi e acqua spaccare8,9, Superficie-enhanced Raman scattering rilevamento 10,11, ecc la grande famiglia di materiali stratificati, che può essere espansa in materiali 2D mostra grande diversità, che vanno dal grafene semimetallico per i semiconduttori dichalcogenides di metalli di transizione (TMDs ) e nero (BP) di fosforo per il nitruro di boro esagonale isolante (h-BN). Questi materiali e loro eterostrutture sono state ben studiate negli ultimi anni e sono esposte molte proprietà e applicazioni romanzo12. Altri meno studiata, ma altrettanto promettente 2D a strati di materiali nel IIIA-VIA (GaS, GaSe e InSe)13,14 e IVA-VIA (GeS, GeSe e SnS)15,16,17 famiglie hanno anche recentemente ricevuto attenzione.
SnSe appartiene all’IVA-VIA gruppo e si cristallizza in una struttura ortorombica, con gli atomi disposti in gruppo spaziale pnma e lanciati all’interno dello strato, come la struttura di cristallo di phosphorene. SnSe è un semiconduttore di spacco stretto con un band gap di 0,6 eV, ma è più noto per le sue proprietà termoelettrico più unico, come è segnalato per avere un valore molto elevato di ZT (termoelettrico cifra di merito) di 2,6 923K18,19 , che è stato attribuito alla sua unica struttura elettronica e bassa conducibilità termica. Mentre massa SnSe cristalli sono commercialmente disponibili e possono essere coltivate con i metodi noti, ad esempio il metodo Bridgeman-Stockbarger20 o il metodo di trasporto del vapore chimico21, crescono grandi dimensioni alcuni strati e monostrato SnSe il dielettrico substrati è più impegnativo. Ci sono molti substrati per sostenere la crescita materiale 2D, quali grafite pirolitica altamente orientato (HOPG), mica, SiO2, Si3N4e vetro. Dielettrici di basso costo SiO2 sono i più comunemente utilizzati substrato, come queste permettono la realizzazione di transistori di field – effect, dove i dielettrici serviscono come parte del cancello posteriore elettrico. Nella nostra esperienza, a differenza di grafene e TMDs, è difficile ottenere alcuni strati o monostrato SnSe fiocchi dal metodo esfoliazione micromeccanici, come massa SnSe ha un alto interfalda energia di legame22 32 MeV / Å2, che conduce a spessore strati, anche lungo i bordi dei fiocchi esfoliati. Pertanto, per studiare le proprietà elettroniche romanzo di qualche strato e singolo strato SnSe, un metodo sintetico nuovo, semplice e a basso costo per preparare SnSe grandi cristalli di monostrato della alta qualità su substrati isolanti è necessario, soprattutto perché ha SnSe indicato la grande promessa come un candidato per le applicazioni termoelettriche per la conversione di energia a temperatura moderata e bassa gamma19.
Diversi ricercatori hanno sviluppato metodi per sintetizzare cristalli SnSe di alta qualità. Liu et al. 23 e Franzman et al. 24 usato un metodo di soluzione trifase per sintetizzare SnSe nanocristalli di forme diverse, quali punti quantici, nanoplates, singolo nanosheets cristallina, nanoflowers e nanopolyhedra utilizzando SnCl2 e alchil-fosfina-selenio o dialchil diselenium come precursori. Baumgardner et al. 25 sintetizzato nanoparticelle colloidali SnSe iniettando bis[bis(trimethylsilyl)amino]tin(II) triottilfosfina caldo, e ottengono nanocristalli di ~ 4-10 nanometro di diametro. Boscher et al. 26 usata una tecnica di deposizione di vapore chimico di pressione atmosferica per ottenere film SnSe su substrati di vetro utilizzando precursori seleniuro stagno tetracloruro ed etilico con un rapporto di tetracloruro di stagno più grande seleniuro di dietile e loro sintetizzato 10 SnSe pellicole erano circa 100 nm spessa e argento-nero in apparenza. Zhao et al. 27 usato trasporto deposizione di vapore in un sistema di vuoto basso e sintetizzati singolo-cristallo SnSe nanoplates su substrati di mica e ottenuti nanoplates quadrati di 1-6 µm. Tuttavia, ottenere monostrato SnSe cristalli non sono possibili utilizzando queste tecniche. Li et al. 28 sintetizzato con successo singolo strato singolo-cristallo SnSe nanosheets utilizzando un metodo sintetico di uno-pentola con SnCl4 e SeO2 precursori. Comunque, erano solo in grado di ottenere una dimensione laterale di circa 300 nm per loro nanosheets. Recentemente abbiamo pubblicato il nostro metodo per crescere di alta qualità, grandi monostrato SnSe cristalli che sono pura fase29. Questo protocollo dettagliato è destinato per aiutare gli operatori di nuovi a crescere di altri grandi dimensioni ultrasottili 2D materiali di alta qualità utilizzando questa metodologia.
Protocol
Representative Results
Discussion
Qui, la combinazione di un metodo di deposizione del trasporto del vapore e un azoto incisione tecnica in un sistema di pressione atmosferica è in primo luogo segnalata. In questo protocollo, i punti critici sono la sezione della fabbricazione di fiocchi SnSe monostrato.
Anche se i campioni di massa possono essere incisi per formare un campione di monostrato di alta qualità, lo spessore dei campioni alla rinfusa deve essere uniforme e la temperatura di decomposizione di campioni di massa dev…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è stata sostenuta dal programma di 1.000 talenti per giovani scienziati della Cina, Fondazione nazionale di scienze naturali della Cina (Grant No. 51472164), la A * programma STAR Pharos (Grant No. 152 70 00014) e impianto di supporto dal centro di NUS per 2D avanzato Materiali.
Materials
| SnSe powder | Sigma-Aldrich | 1315-06-6 | (99.999%) toxic, carcinogenic |
| Ar gas | explosive | ||
| H2 gas | flammable, explosive | ||
| SiO2/Si wafer | 300 nm thick SiO2 on heavily doped Si | ||
| Acetone | Sigma-Aldrich | 67-64-1 | toxic, flammable |
| Isopropanol | Sigma-Aldrich | 67-63-0 | flammable |
| Quartz tube | Dongjing Quartz Company, China | ||
| Ceramic boat | Dongjing Quartz Company, China | ||
| Optical microscope | Olympus, BX51 | ||
| Atomic force microscopy | Bruker | Using FastScan-A probe type and ScanAsyst-air | |
| Scanning electron microscopy | JEOL JSM-6700F | ||
| transmission electron microscopy | FEI Titan | ||
| Tube furnace | MTI Corporation |
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