[发明专利]一种锡烯材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体电子与光电子材料制备领域，特别涉及一种锡烯材料的制备方法。

背景技术

二维纳米材料如石墨烯、过渡金属硫化物等，以其优异的物理和结构特性已经在电子、传感和光电器件等多领域表现出非凡的应用潜力。其中，石墨烯作为最具代表性的二维材料已经被广泛研究。它具有超高的载流子迁移率，但缺乏带隙却严重阻碍了石墨烯在逻辑半导体器件如场效应晶体管中的应用。而作为过渡金属硫化物半导体家族的代表成员，二硫化钼具有明显的带隙，且在n-型晶体管中表现出优异的开关比特性。然而，二硫化钼中结构缺陷存在可能会导致电子迁移率的降低，从而影响它的电学性能。因此，探索更多的新型功能二维半导体材料仍然意义重大。

狄拉克材料是一类具有狄拉克圆锥型能带结构的新型材料，该特殊的能带结构将导致电子的行为类似有效质量为零的相对论粒子从而实现极高的迁移率和极低的电阻率，进而可以大幅提高电子器件的处理速度。狄拉克材料最典型的代表就是当前世界研究热点之一的石墨烯。石墨烯是世界上第一个绝对厚度只有一个原子层的二维材料，其具有优越的电导和热导性能从而被期待广泛应用于高速电子和光电子领域。然而由于石墨烯不具有带隙，限制了其电流控制的开/关比，导致其超高电子迁移率很难应用到高速逻辑器件中。

拓扑绝缘体是最近几年新兴起的一类新的固体状态，其内部具有带隙从而是绝缘体，而边界(表面对于三维，边缘对于二维)则是导体且其传导受到时间反演对称性保护，防止了由非磁性杂质和缺陷导致的散射的发生，从而可实现极高的载流子迁移率和极低的电阻率。然而截至目前，拓扑绝缘体特性仅能在极低温度(低于10K)下观测到从而使其很难具有实际应用。

与碳同处于IV族的锡也可以形成和石墨烯相似的单层蜂窝状晶体结构，且作为一种宽带隙二维拓扑绝缘体，其物理性质在一些方面将优于石墨烯。单原子层锡(锡烯)是一种宽带隙二维拓扑绝缘体，子自旋霍尔效应可以导电且电流方向与电子自旋方向锁定。如能获得高质量的锡烯材料，利用其特性，用于高性能器件的研究，将有望解决当前微电子产业面临的困境。

与石墨烯相比，锡烯的最大优点是拥有能隙，而且锡烯能隙的大小可通过改变堆叠的锡烯层数进行调节，这使得锡烯很容易进行光探测，因此锡烯在场发射晶体管、光电转换器件、二次电池等方面具有巨大的潜在应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种锡烯材料及其制备方法，能够生长出一种新型的二维原子晶体材料，这种新材料表现为二维有序、锡原子成六角蜂窝状排布的二维周期性结构。

本发明提供了一种锡烯材料，锡原子成六角蜂窝状排布，并在二维平面内周期性扩展。

本发明提供了一种锡烯二维原子晶体材料的制备方法，其步骤包括：

1)在真空环境下，将适量锡蒸发沉积到过渡金属基底上；

2)对步骤（1）所得整个样品进行退火处理，以使覆盖在基底表面的锡发生相互作用，形成六角蜂窝状分布的二维有序的周期性结构。

步骤（1）中的锡是通过电子束蒸发的方法沉积到过渡金属基底上的。

步骤（1）中用于生长锡烯二维原子晶体材料的过渡金属基底为铜的(111)晶面。

步骤（2）中进行锡烯二维原子晶体材料生长的退火温度为350℃～600℃，优选为480℃。

本发明的显著优点：

本发明通过外延方法生长高质量的锡烯二维原子晶体材料，锡烯原子成六角蜂窝状排布，并在二维平面内扩展，便于进一步研究锡烯二维原子晶体材料的电子性质及相关器件开发。这种锡烯二维晶体材料不同于石墨烯，比石墨烯具有更强的自旋轨道耦合，为研究二维体系中新的量子现象和电子行为提供了全新的平台，所以这种新型二维原子晶体材料也可应用于自旋电子学及器件研究。

附图说明

图1为本发明制得的锡烯的低能电子衍射图。

具体实施例

下面将对锡烯二维原子晶体材料的制备方法作进一步的详细说明。此实施例仅仅是用于更详细具体地说明此本实施例在过渡金属表面制备高质量的锡烯。

实施例1

具体步骤为：首先在真空腔内对铜单晶进行10次氩离子溅射，然后通过将铜基底加热并保持在850℃，高温退火得到干净平整的(111) 晶面。之后在干净平整的铜表面，通过电子束蒸发源将锡均匀沉积其上，基底保持在室温。锡在衬底表面呈无规则分布。