[发明专利]一种α-MnS纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种α‑MnS纳米片及其制备方法和应用，所述α‑MnS纳米片的制备方法为：以S和MnCl₂为原料通过化学气相沉积法制备得到α‑MnS纳米片；所述S和所述MnCl₂的反应温度为645～690℃。所述α‑MnS纳米片横向尺寸为4～125μm，和/或厚度为5～50nm。本发明通过化学气相沉积法在特定的反应条件下制备单晶α‑MnS纳米片，该纳米片结晶质量高，稳定性好，应用于光电探测器件中时具备优异的性能；同时本发明的制备方法工艺简单，合成速度快。

技术领域

本发明涉及光电材料领域，尤其涉及一种α-MnS纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

近些年来，二维材料由于其独特的电学和光电特性而受到人们的广泛关注。基于其超薄的厚度和可调谐的能带结构，二维p-n结已成为基础物理和应用物理学的研究热点。然而，到目前为止，对二维材料半导体的研究主要局限于n型半导体，如MoS₂和WS₂，因此只能得到种类非常有限的p-n异质结，如WSe₂/MoS₂,WSe₂/WS₂和BP/MoS₂。

最近，许多工作致力于将n型二维材料转变为p型，包括选择高功函数的接触金属、化学掺杂和离子液体栅，然而，这些方法在实际应用中是不可取的。例如，选择高功函数的接触金属，该方法通过引入具有高功函数的金属电极以提高空穴注入效率，但是找到同时满足高功函和电稳定性的金属仍然是具有挑战性的。此外，还有一些工作通过化学掺杂(如AuCl₃,NO2和K)和离子液体栅来实现二维材料的导电性类型的转变，这两个过程不仅存在外界环境下不稳定的隐患，而且由于掺杂的影响，载流子迁移率会大大降低。因此，为了缓解当下二维p型材料紧缺的形势，迫切需要探索本征的二维p型半导体以及其应用。

发明内容

本发明提供了一种α-MnS纳米片及其制备方法和应用，通过化学气相沉积法制备获得α-MnS纳米片用作二维p型半导体，用以解决现有技术中p型半导体功能不稳定，载流子迁移率低的问题。

第一方面，本发明提供了一种α-MnS纳米片的制备方法，包括：以S和MnCl₂为原料通过化学气相沉积法(CVD)制备得到α-MnS纳米片；所述S和所述MnCl₂的反应温度为645～690℃。

进一步地，所述反应温度为665℃。

在α-MnS生长过程中，温度的控制尤为重要，较高的生长温度可促进前驱体的表面迁移以及结晶；然而，过高的温度会导致基底对前驱体的解吸甚至纳米片结构的破坏，并导致更小的尺寸。

进一步地，所述化学气相沉积法的载气为氩气和氢气的混合气体；所述氢气流量为5～20sccm，优选为10sccm；所述氩气流量为90～150sccm，优选为100sccm。

进一步地，所述化学气相沉积法的反应时间为15～45min，优选为30min。

进一步地，所述化学气相沉积法的基底为云母、蓝宝石或硅片中的一种或多种，优选为云母。

α-MnS纳米片生长基底的选择也尤为重要，其熔点，平整度，表面结构以及表面相互作用这些因素和反应温度以及载气类型都会影响α-MnS纳米片的尺寸和生长质量，甚至会改变其生长方式。

第二方面，本发明提供一种α-MnS纳米片，由上述制备方法制备得到，所述α-MnS纳米片横向尺寸为4～125μm,优选为8～20μm；

和/或，所述纳米片的厚度为5～50nm，优选为15～25nm。

进一步地，所述α-MnS纳米片为非层状结构，由交替的Mn层和S层构成，所述交替的Mn层和S层通过强化学键结合。