[发明专利]一种在云母衬底上制备硒化铋纳米片的方法

说明书

本发明公开一种在云母衬底上制备硒化铋纳米片的方法，采用无催化剂辅助的化学气相沉积法，以Bi₂Se₃粉末为源材料，采用单口石英管的管式炉作为生长设备，根据气固生长机制在云母衬底上生长Bi₂Se₃纳米片，生长温度为600℃，实验方法简单易行，具有广阔应用前景。

技术领域

本发明涉及半导体纳米材料的制备领域，具体涉及一种在云母衬底上制备硒化铋纳米片的方法。

背景技术

拓扑绝缘体是一种新型的量子功能材料，它不同于传统的导体和绝缘体，因此成为近几年的研究热点之一。三维拓扑绝缘体表面态只有一个狄拉克点，表面具有超低损耗的状态，这些重要的特征就保证了拓扑绝缘体将有可能在未来的热电、电化学、光电器件、太阳能电池和红外光谱等的发展中起到重要的应用，有着巨大的应用潜力。拓扑绝缘体的制备方法有很多种，大致可以分为机械剥离法、分子束外延法、溶剂热合成法、金属有机物化学气相沉积法和化学气相沉积法。化学气相沉积法是一种简单高效的制备拓扑绝缘体材料的制备方法，它是利用高温物理蒸发或反应物质在气态条件下发生化学反应，然后通过气体传输过程使生成物质沉积在加热的基底表面，进而制得材料的工艺技术。但是这种方法制备的材料沉积率较低，容易造成Se空位的产生，通过改变生长温度来获取不同Se/Bi原子比的Bi₂Se₃纳米结构，然后通过一些表征方法研究温度对纳米材料生长的影响，从而制备出高质量的纳米材料，显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种在云母衬底上制备硒化铋纳米片的方法，本发明通过将生长温度设定为600℃制得了高质量的硒化铋。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种在云母衬底上制备硒化铋纳米片的方法，包括以下步骤：

1）取一定量的高纯度硒化铋粉末放在石英舟的一端作为源材料，新鲜剥离的云母衬底放在距离源材料一定距离的载气下游位置，然后将石英舟放置于直径6cm的单口石英管中，高纯氩气作为载气去运输源材料蒸汽，一根直径5mm的细石英管插入单口石英管中用于输送气体；

2）先用机械泵对化学气相沉积法系统进行抽真空，然后用高纯氩气洗气3次以上来排尽石英管内残余的氧气；

3）将管式炉达到设定的生长温度600℃时，将石英管推入管式炉中，使源材料位于管式炉的中心位置，同时打开气体流量计通入高纯氩气，控制生长时间为30min，待生长结束后将石英管从管式炉中取出并让其自然冷却至室温，最后关闭气体，取出样品。

步骤1）中高纯度硒化铋粉末的质量为0.3g，源材料与云母衬底之间的距离为30-37cm。

步骤2）中系统抽真空为15Pa。

步骤3）中管式炉高纯氩气流量分别为50-90sccm，生长气压为65-80Pa。

本发明的有益效果在于：

本发明采用无催化剂辅助的化学气相沉积法，采用单口石英管作为生长设备，相较于其他使用双口石英管的方法，单口石英管更加简单，易于操作，应对升温速率较慢的管式炉时，更加便于控制生长温度与时间；同时本发明将生长温度设定为600℃，制得了材料沉积率高、大量尺寸为20μm的硒化铋纳米片生成并且相互连接在一起的硒化铋材料。

附图说明

图1为本发明化学气相沉积法装置示意图；

图2为本发明生长温度分别为600、630和650℃下Bi₂Se₃纳米片的扫描电子显微镜图片；