[发明专利]一种硫化亚锡纳米片的制备方法及基于其制备的光电探测器

说明书

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，具体涉及一种硫化亚锡纳米片的制备方法及基于其制备的光电探测器。

背景技术

近年来，层状纳米材料石墨烯的发现，使得二维层状纳米材料得到人们的广泛关注和研究。而作为二维层状半导体材料的代表，层状金属硫族化合物因其具有独特的性质结构，在光电子器件，光伏产业，催化，能量存储和转化等方面具有非常广泛的应用前景。

硫化亚锡作为层状金属硫化物中的重要的一员，是一种空穴型的具有斜方晶系的层状半导体化合物,层与层之间通过相对较弱的范德华力相结合,其具有光学直接带隙1.2-1.5eV和间接带隙1.0-1.2eV。由于硫化亚锡具有较窄的带隙，含量丰富，价格低和无毒性等优点，硫化亚锡被广泛应用于太阳能电池，光电探测，气敏，超级电容器和锂离子电池等领域。现如今制备硫化亚锡的方法很多，如水热-溶剂热方法，溅射法，化学气相沉积法等。但是缺少简单制备高质量的硫化亚锡纳米片的方法。虽然J.Ahn等人在NANOLETTER上发表的“DeterministicTwo-DimensionalPolymorphismGrowthofHexagonaln-TypeSnS2andOrthorhombicp-TypeSnSCrystals，2015,15,3703-3708，”论文中利用化学气相沉积的方法制备出了高质量的硫化亚锡纳米片，但是该制备方法过程复杂，而且用到易燃易爆的氢气作为还原气体，操作危险性高。

因此，在红外探测器方面急需利用简单方法制备高质量的硫化亚锡纳米片，并利用该纳米片制备具有良好光电响应的光电探测器。

发明内容

针对上述现有研究中的不足，本发明的主要目的是提供一种利用简单的物理气相沉积方法制备了高质量的硫化亚锡纳米片的方法，并且在该高质量硫化亚锡纳米片的基础上制备了相应的光电探测器，并经实验测试发现该光电探测器对红外光具有非常好的光电响应，非常有利于商业化的推广应用。

为实现上述目的，本发明公开的技术方案是：一种硫化亚锡纳米片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤1、将硫化亚锡粉末置于干净的石英舟中，将清洗干净的SiO₂/Si基底水平放置在石英舟的正上方。然后将石英舟放置在石英管加热区的中间位置，封闭石英管；

步骤2、向石英管中通入惰性气体并持续10-30min以便将石英管中的空气排净；

步骤3、将石英管加热升至700-750℃；升温过程中调小惰性气体的气流量；

步骤4、将石英管在温度为700-720℃的高温区保温6-12min，然后让其自然降温；

步骤5、待石英管自然降温到560-600℃后，将石英管整体推出管式炉外迅速降温；

步骤6、待石英管温度降至室温时，打开石英管取出样品，样品制备完成，得到硫化亚锡纳米片。

优选的，步骤1中所述SiO₂/Si基底的清洗操作是：首先将SiO₂/Si基底在H₂SO₄：H₂O₂按3:(1-1.5)的比例配成的混合液中浸泡1-2h，然后用去离子水、丙酮、酒精、去离子水依次超声清洗，最终获得干净的SiO₂/Si基底。

优选的，步骤2中通入的惰性气体的流量在270-300sccm之间。

优选的，步骤3中所述的升温过程中调小惰性气体的气流量，具体操作是：当石英管加热至380-400℃时，将气流量调小至18-22sccm；当石英管加热至580-610℃时，将气流量调小至4-6sccm。

优选的，步骤2中通入的惰性气体为氩气或者氮气。

本发明还公开了一种根据上述的硫化亚锡纳米片制备的光电器件，将硫化亚锡纳米片利用光刻等技术制备成光电器件，并利用CHI660D电化学工作站等测试光电器件对红外光的光响应。

与现有技术和文献报导相比，本发明具有的优点为：本发明方法采用的是简易的高温管式炉，生产成本低廉，而且实验制备过程中采用的气体为惰性的氩气或者氮气，相比于其他技术或者文献中报导的应用氢气等易燃易爆性气体具有较高的操作安全性。而且获得的硫化亚锡纳米片具有结晶质量高，尺度大等优点；而且制作的光电器件对红外光具有非常好的响应。