大型単層長方形 SnSe フレークの大気圧作製
Summary
プロトコルは、大型シングル層長方形の形をした SnSe は大気圧石英チューブ炉システムのフレーク低コスト SiO2/Si 誘電体基板上に成長する 2 段階製造技術が実証されます。
Abstract
錫セレン (SnSe) は phosphorene のような座屈構造を持つ層状金属カルコゲナイド系材料の家族に属し、二次元ナノ電子デバイスでアプリケーションの可能性を示しています。SnSe ナノ結晶を合成する多くの方法が開発されているが大きな課題のまま大型単層 SnSe フレークを製造するための簡単な方法。ここで、実験を直接大型シングル層長方形 SnSe 絶縁基板の大気圧石英管で簡単な 2 段階製造方法を使用して、一般的に使用される SiO2/Si のフレークを成長させる方法を紹介します。炉システム。~6.8 Å の平均厚さの単層長方形 SnSe フレークし、トランスポート蒸着法と窒素エッチング ルートの組み合わせにより約 30 μ m × 50 μ m の横方向の寸法を作製しました。我々 の形態、組織、および長方形の SnSe フレークの電気的特性を特徴し、優れた結晶性と良好な電子特性を得られます。2 段階の作製方法についてのこの記事は、成長同様二次元、大型、シングル層材料を大気圧システムを使用して他の研究者を助けることができます。
Introduction
近年、一括対応1以上優れた電気的、光学的、および機械的特性を持つ 2 D 素材の可能性があるため、グラフェンの分離を成功させる以来花が咲いた 2 次元 (2 D) 材料の研究,2,3,4,5. 2 D 素材表示有望なアプリケーションで光と電子機器6、7触媒、水8,9, 表面増強ラマン散乱検出10 ,11等2 D 材に剥離することができます積層材料の大家族を明らかに至る半金属のグラフェン半導体遷移金属ダイカルコゲナイド (TMDs の偉大な多様性) と黒のリン (BP)、絶縁六方晶窒化ホウ素 (H-BN)。これらの材料とヘテロ構造近年、よく研究されているし、多くの新しいプロパティとアプリケーションの12を出展いたしました。以下が検討その他が、iiia 期で材料を層同様に 2 D を約束-(ガス、GaSe、昆虫)13,14 , IVA 経由-16,17家族がいる (GeS、GeSe、および SnS)15,を介してまた最近注目。
イヴァに属している SnSe-グループを介して原子pnmaスペース グループに配置され、phosphorene の結晶構造のようなレイヤー内で座屈斜方晶構造に結晶化によって異なります。SnSe 0.6 eV のバンド ギャップを持つナロー ギャップ半導体がよりよく知られているよりユニークなの熱電特性のままに 923 K18,19 2.6 の ZT (メリットの熱電図) 値が非常に高い報告、これはその特殊な電子構造と低熱伝導率に起因しています。Stockbarger ・ ブリッジマン法20または化学気相輸送法など一括 SnSe 結晶が市販されていて、既知の方法によって育てることができる中も誘電体における少数層と単層 SnSe21、大きくサイズ基板より困難です。高配向性熱分解黒鉛 (HOPG)、雲母、SiO2Si3N4、ガラスなどの 2 D 素材成長を支える多くの基板があります。低コスト SiO2誘電体は、最も一般的に使用される基板、これらは誘電体が電気の裏門の一部として奉仕、電界効果トランジスタの作製を許可します。グラフェンと TMDs とは異なり、我々 の経験で、マイクロ剥離法による少数層または単層 SnSe フレークを得ることが困難一括 SnSe がある層間結合エネルギー22 32 meV の高/2厚さにつながる Å層剥離のフレークの端に沿っても。したがって、いくつかの層と単層 SnSe の新奇な電子物性を研究する絶縁基板上に高品質大型単層 SnSe 結晶を準備する新しい、シンプルで、低コスト合成法が必要、特に SnSe 以来低および中程度の温度範囲19エネルギー変換熱電変換アプリケーションの候補として偉大な約束を示します。
いくつかの研究者は、高品質 SnSe 結晶を合成する方法を開発しました。劉ら23と Franzmanら24新規2とアルキル-燐化水素-セレンまたはジアルキルアミンを使用して nanopolyhedra、ナノフラワー、単一結晶性ナノシート ナノプレート量子ドットなど、さまざまな形の SnSe ナノ結晶を合成するのにソリューション フェーズ メソッドの使用前駆体としての diselenium。Baumgardnerら25が熱い trioctylphosphine に bis[bis(trimethylsilyl)amino]tin(II) を注入してコロイド SnSe ナノ粒子を合成し、直径 4 ~ 10 nm のナノ結晶を得た。Boscherら26四塩化錫比 10 ジエチル セレンおよびその合成より大きい錫四塩化やジエチル セレン化前駆体を用いたガラス基板上 SnSe 映画を取得するのに大気圧化学気相蒸着法を使用SnSe 映画が約 100 nm 厚と外観は銀黒。趙ら27使用低真空システムでトランスポート蒸着マイカ基板上への単結晶 SnSe ナノプレートの合成し、1-6 μ m の正方形のプレートを入手します。ただし、取得単層 SnSe 結晶は不可能なこれらの技術を使用しています。Li et al.28は、単層単結晶 SnSe ナノシート新規4と SeO2前駆体を用いたワンポット合成法を合成に成功しました。しかし彼女たちは約 300 の横方向のサイズを取得することができる唯一のナノシートの nm。我々 は最近私たちを大型単層の SnSe 結晶相の純粋な29である高品質を成長させる方法を公開しています。この詳細なプロトコルは、大型高品質極薄 2 D 等この方法論を使用して成長する新しい実務を支援するものです。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここでは、蒸気輸送法と窒素の大気圧におけるエッチング技術の組み合わせが最初に報じた。このプロトコルでは、重要なステップは、単層 SnSe フレークの製造のセクションです。
バルク サンプルは、高品質の単層サンプルを形成するエッチングすることができます、バルク試料の厚さを均一にする必要があります、バルク サンプルの分解温度はエッチング温度よりも…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は中国の若い科学者、国家自然科学基金、中国の (許可番号 51472164)、A のために 1,000 の才能プログラム支えられた * スター ファロス プログラム (グラント号 152 70 00014)、高度な 2 D の NUS センターからの支援施設材料。
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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