Presión atmosférica fabricación de escamas de gran tamaño SnSe Rectangular de una sola capa
Summary
Un protocolo se presenta demostrando una técnica de fabricación de dos pasos para crecer de tamaño grande de una sola capa copos de SnSe en forma rectangular sobre las obleas de bajo costo SiO2/Si dieléctricos en un sistema de horno de tubo de cuarzo de la presión atmosférica.
Abstract
Seleniuro de estaño (SnSe) pertenece a la familia de capas metal chalcogenide materiales con una estructura abrochado como phosphorene y ha mostrado potencial para aplicaciones en dispositivos de nanoelectrónica bidimensional. Aunque se han desarrollado muchos métodos para sintetizar nanocristales de SnSe, una manera sencilla de fabricar copos de SnSe monocapa gran tamaño sigue siendo un gran desafío. Aquí, mostramos el método experimental a crecer directamente el gran tamaño de una sola capa copos de SnSe rectangular en utilizado SiO2/Si aislante sustratos utilizando un método de fabricación de dos etapas simple en un tubo de cuarzo de la presión atmosférica sistema de horno. El SnSe rectangular de una sola capa copos de ~6.8 Å de grosor medio y laterales dimensiones de unos 30 μm x 50 μm fueron fabricados por una combinación de la técnica de depósito de transporte de vapor y nitrógeno grabado ruta. Se caracterizaron la morfología, microestructura y propiedades eléctricas de las hojuelas SnSe rectangulares y se obtuvieron excelente cristalinidad y buenas propiedades electrónicas. Este artículo sobre el método de fabricación de dos pasos puede ayudar a los investigadores a crecer otros materiales similares de dos dimensiones, tamaño grande, de una sola capa usando un sistema de presión atmosférica.
Introduction
Investigación en dos dimensiones materiales de (2D) ha florecido en los últimos años desde el aislamiento exitoso de grafeno, debido a la posibilidad de materiales 2D con propiedades eléctricas, ópticas y mecánicas superiores sobre sus contrapartes a granel del1 , 2 , 3 , 4 , 5. materiales 2D muestran aplicaciones prometedoras en optoelectrónica y dispositivos electrónicos6,7, catálisis y agua partir8,9, superficie-realzada Raman scattering detector 10,11, etc. la gran familia de materiales de capas que puede ser exfoliados en 2D materiales muestra gran diversidad, desde el grafeno semimetálico hasta el dichalcogenides semiconductor de metal de la transición (TMDs ) y negro fósforo (BP) para el nitruro de boro hexagonal aislante (h-BN). Estos materiales y sus heteroestructuras han sido bien estudiados en los últimos años y han expuesto muchos nuevas propiedades y aplicaciones12. Otros menos estudiado, pero igualmente prometedor 2D en capas de materiales en el IIIA-VIA (GaS, GaSe y InSe)13,14 y IVA-VIA (GeS, GeSe y SnS)15,16,17 familias tienen también recientemente recibida atención.
SnSe pertenece al IVA-a través de grupo y se cristaliza en una estructura ortorrómbica, con los átomos en el grupo pnma y abrochado en la capa, como la estructura cristalina de phosphorene. SnSe es un semiconductor de boquete estrecho con un boquete de la venda de la eV 0,6, pero es más conocida por sus propiedades termoeléctricas más únicos, ya que es divulgada para tener un alto valor ZT (termoeléctrico figura de mérito) de 2.6 a 923 K18,19 , que se ha atribuido a su estructura electrónica única y baja conductividad térmica. Mientras que a granel SnSe cristales están disponibles comercialmente y pueden ser crecidos por métodos conocidos, como el método de Bridgeman-Stockbarger20 o el método de transporte de vapor químico21, cultivar grandes tamaño SnSe algunas capas y una capa de dieléctrico sustratos es más difícil. Existen muchos sustratos para apoyar el crecimiento material 2D, tales como grafito pirolítico altamente orientado (HOPG), mica, SiO2, Si3N4y cristal. Dieléctricos de bajo costo SiO2 son los más comúnmente utilizados sustrato, estos permiten la fabricación de transistores de efecto de campo, donde los dieléctricos sirven como parte de la puerta trasera eléctrica. En nuestra experiencia, a diferencia de grafeno y TTM, es difícil obtener hojuelas SnSe algunos capa o una capa por el método de exfoliación micromecánica como bulto SnSe tiene una alta energía de enlace22 de 32 meV de la capa intermediaria / Å2, que conduce a de espesor capas, incluso a lo largo de los bordes de las escamas exfoliadas. Por lo tanto, para estudiar las propiedades electrónicas nuevas de pocos y solo capa SnSe, un método sintético nuevo, simple y de bajo costo para preparar cristales de SnSe gran tamaño del monocapa de alta calidad en sustratos aislantes se requiere, sobre todo porque el SnSe tiene demostrado gran promesa como candidato para aplicaciones termoeléctricas para conversión de energía en la gama baja y moderada temperatura del19.
Varios investigadores han desarrollado métodos para sintetizar SnSe cristales de alta calidad. Liu et al. 23 y Franzman et al. 24 utiliza un método de la fase de solución para sintetizar SnSe nanocristales de diversas formas, tales como puntos cuánticos, nanoplates, solo nanosheets cristalino, nanoflowers y nanopolyhedra con SnCl2 y alquil fosfinas de selenio o thioureas diselenium como precursores. Baumgardner et al. 25 había sintetizado nanopartículas coloidales de SnSe inyectando bis[bis(trimethylsilyl)amino]tin(II) en caliente trioctylphosphine y obtuvieron nanocristales de ~ 4-10 nm de diámetro. Boscher et al. 26 utiliza una técnica de deposición química de vapor de la presión atmosférica para obtener películas de SnSe sobre substratos de vidrio con tin tetracloruro y dietílico seleniuro precursores con una proporción de tetracloruro de estaño 10 más grande que seleniuro de dietilo y su síntesis SnSe películas fueron alrededor de 100 nm de espesor y plata-negro en aspecto. Zhao et al. 27 utiliza vapor deposición de transporte en un sistema de vacío bajo y sintetizado solo-cristal SnSe nanoplates sobre sustratos de mica y obtuvieron nanoplates cuadrada de 1-6 μm. Sin embargo, obtener una capa SnSe cristales no son posibles con estas técnicas. Li et al. 28 había sintetizado con éxito de una sola capa solo-cristal SnSe nanosheets usando un método sintético de un pote con SnCl4 y SeO2 precursores. Sin embargo, sólo fueron capaces de obtener un tamaño lateral de unos 300 nm para su nanosheets. Recientemente hemos publicado nuestro método para crecer de alta calidad, gran tamaño de una sola capa SnSe cristales que son pura fase29. Este protocolo detallado está destinada a nuevos profesionales a crecer otro gran tamaño ultrafinos 2D materiales de alta calidad utilizando esta metodología.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aquí, la combinación de un método de deposición de transporte de vapor y un técnica de la aguafuerte en un sistema de presión atmosférica de nitrógeno es primero divulgada. En el presente Protocolo, los pasos críticos son parte de la fabricación de hojuelas SnSe de monocapa.
Aunque las muestras a granel pueden ser grabadas para formar una muestra de una sola capa de alta calidad, el espesor de las muestras a granel debe ser uniforme y la temperatura de la descomposición de las muest…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue apoyada por el programa 1.000 de talentos para jóvenes científicos de China, la Fundación Nacional de Ciencias naturales de China (Grant no. 51472164), la A * programa de Pharos STAR (Grant no. 152 70 00014) y apoyo del centro de NUS 2D avanzado Materiales.
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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