Fabricação de pressão atmosférica de grande porte camada única retangular SnSe flocos
Summary
Um protocolo é apresentado demonstrando uma técnica de fabricação de duas etapas para crescer de grande porte de camada única retangular SnSe em forma de flocos no baixo custo SiO2/Si dielétricos discos (wafers) em um sistema de fornalha de tubo de quartzo de pressão atmosférica.
Abstract
Seleneto de zinco (SnSe) pertence à família do calcogênio metal em camadas de materiais com uma fivela estrutura como phosphorene e tem demonstrado potencial para aplicações em dispositivos de nanoelectrónica bidimensional. Embora muitos métodos para sintetizar SnSe nanocristais têm sido desenvolvidos, uma maneira simples de fabricar flocos de SnSe de camada única de grande porte continua a ser um grande desafio. Aqui, nós mostramos o método experimental para crescer diretamente de grande porte de camada única retangular SnSe flocos na comumente usados SiO2/Si substratos usando um método de fabricação de duas etapas simples em um tubo de quartzo de pressão atmosférica de isolamento sistema de fornalha. Flocos do SnSe retangular de camada única com espessura média de ~6.8 Å e dimensões laterais de cerca de 30 µm × 50 µm foram fabricadas por uma combinação de técnica de deposição de transporte de vapor e nitrogênio gravura rota. Nós caracterizado a morfologia, microestrutura e propriedades elétricas dos flocos SnSe retangulares e obteve excelente cristalinidade e boas propriedades eletrônicas. Este artigo sobre o método de fabricação de duas etapas pode ajudar os pesquisadores a crescer outros materiais similares de bidimensionais, de grande porte, camada única, usando um sistema de pressão atmosférica.
Introduction
Pesquisa em dois materiais de dimensões (2D) tem floresceu nos últimos anos, desde o isolamento bem sucedido do grafeno, devido à possibilidade de 2D materiais com propriedades elétricas, ópticas e mecânicas superiores sobre suas contrapartes de granel1 , 2 , 3 , 4 , 5. materiais 2D mostram aplicações promissoras optoeletrônicos e dispositivos eletrônicos6,7, catálise e8,9, superfície-enhanced Raman de separação da água detecção de espalhamento 10,11, etc. A grande família de materiais em camadas, que pode ser esfoliada em 2D materiais mostra grande diversidade, variando do grafeno semi metálico para o semicondutor metal de transição dichalcogenides (TMDs ) e preto (BP) de fósforo para o nitreto de boro hexagonal isolantes (h-BN). Estes materiais e estende seus foram bem estudados nos últimos anos e comparecemos muitas novas propriedades e aplicações12. Outros menos estudados, mas igualmente prometer 2D em camadas de materiais no IIIA-VIA (gás, GaSe e InSe)13,14 e IVA-VIA (GeS GeSe e SnS)15,16,17 famílias têm também recentemente recebida atenção.
SnSe pertence a IVA-VIA grupo e cristaliza-se em uma estrutura ortorrômbica, com os átomos organizados no grupo de espaço pnma e minado dentro da camada, como a estrutura de cristal do phosphorene. SnSe é um semicondutor de estreito fosso com um gap de energia de 0,6 eV, mas é mais conhecido por suas propriedades termelétricas mais originais, como é relatado para ter um valor muito alto (termelétrica figura de mérito) de ZT de 2.6 em 923 K18,19 , que tem sido atribuído à sua estrutura eletrônica única e baixa condutividade térmica. Enquanto em massa SnSe cristais estão disponíveis comercialmente e podem ser cultivadas por métodos conhecidos, tais como o método de Bridgeman-Stockbarger20 ou o método de transporte de vapor químico21, crescendo grande porte SnSe alguns-camada e a camada única na dielétrico substratos é mais desafiador. Existem muitos substratos para dar suporte ao crescimento material 2D, tais como grafite pirolítica altamente orientado (HOPG), mica, SiO2, Si3N4e vidro. Dielétricos de2 SiO baixo custo são os mais comumente usados o substrato, como estes permitem a fabricação de transistores de efeito de campo –, onde os dielétricos servem como parte da porta traseira elétrica. Em nossa experiência, ao contrário de grafeno e TMDs, é difícil obter flocos de SnSe alguns-camada ou camada única pelo método de esfoliação Micromecânico, como granel SnSe tem uma alta do interlayer da energia de ligação22 MEV 32 / Å2, que leva a espessura camadas, mesmo ao longo das bordas dos flocos esfoliadas. Portanto, para estudar as propriedades eletrônicas novela de poucas camadas e única camada SnSe, um método sintético novo, simples e barata para preparar a alta qualidade de grande porte monocamada SnSe cristais em substratos de isolamento é necessário, especialmente porque tem SnSe mostrado grande promessa como um candidato para termelétricos aplicativos para conversão de energia em temperatura moderada e baixa gama19.
Vários pesquisadores desenvolveram métodos para sintetizar cristais SnSe de alta qualidade. Liu et al . 23 e Franzman et al 24 usado um método de solução-fase para sintetizar SnSe nanocristais de diferentes formas, tais como pontos quânticos, nanoplates, único nanosheets cristalina, nanoflowers e nanopolyhedra usando SnCl2 e selênio-alquil-fosfina ou dialquil diselenium como precursores. Baumgardner et al 25 sintetizado coloidal SnSe nanopartículas através da injeção de bis[bis(trimethylsilyl)amino]tin(II) em trioctylphosphine quente, e obtiveram nanocristais de ~ 4-10 nm de diâmetro. Boscher et al 26 usado uma técnica de deposição de vapor químico de pressão atmosférica para obter SnSe filmes em substratos de vidro utilizando estanho tetracloreto e dietil Seleneto precursores com um rácio de tetracloreto de estanho 10 maiores que selenieto de dietilo e seus sintetizado SnSe filmes foram cerca de 100 nm de espessura e prata-preto na aparência. Zhao et al . 27 usado transporte deposição de vapor em um sistema de vácuo baixo e sintetizado do único-cristal SnSe nanoplates em substratos de mica e obtidos nanoplates quadrados de 1-6 µm. No entanto, obtenção de camada única SnSe cristais não são possíveis utilizando essas técnicas. Li et al. 28 com sucesso sintetizado monocamada único-cristal SnSe nanosheets usando um método sintético de um pote com SnCl4 e SeO2 precursores. No entanto, eles só foram capazes de obter um tamanho lateral de cerca de 300 nm para seus nanosheets. Recentemente publicamos nosso método para crescer alta qualidade, de grande porte monocamada SnSe cristais que são puros de fase29. Este protocolo detalhado destina-se a ajudar novos profissionais a crescer outros de grande porte ultrafinos 2D materiais de alta qualidade usando esta metodologia.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aqui, a combinação de um método de deposição de transporte de vapor e um técnica de gravura em um sistema de pressão atmosférica de nitrogênio primeiro é relatada. Neste protocolo, os passos críticos são a seção de fabricação de flocos de SnSe de camada única.
Embora as amostras em massa podem ser gravadas para formar uma amostra de camada única de alta qualidade, a espessura das amostras em massa deve ser uniforme e a temperatura de decomposição de amostras em massa deve s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa foi apoiada pelo programa de talentos 1.000 para jovens cientistas da China, Fundação Nacional de ciências naturais da China (Grant no. 51472164), o A * programa de Pharos STAR (Grant no. 152 70 00014) e instalações de apoio do centro de NUS para 2D avançado Materiais.
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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