[发明专利]一种超薄、高结晶质量的二维锗(110)单晶的制备方法

说明书

本发明公开了一种超薄、高结晶质量的二维锗(110)单晶的制备方法，步骤如下：(1)将较高熔点的金属作为支撑基底，对其进行预处理；(2)将较低熔点的金属或合金放置在预处理的支撑基底上，引入锗源，在H₂/Ar气氛中加热，获得低熔点原子级平坦的金属或合金基底；(3)在金属或合金基底上生长超薄、高结晶质量的二维锗(110)单晶；(4)转移得到超薄、高结晶质量的二维锗(110)单晶。本发明制备工艺简单，条件易控，制备的二维锗(110)单晶结晶质量高，超薄，实现了二维化，具有宽的可调谐带隙。所制备的二维锗(110)单晶在半导体和非线性光学等领域中有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种超薄、高结晶质量的二维锗(110)单晶的制备方法，主要应用于半导体电子器件和非线性光学等领域。

背景技术

锗是应用最早的半导体，具有窄带隙、高载流子迁移率，高近红外光吸收性能等优异性能。因此，锗基材料广泛应用于半导体、固态电子学、生物医药和光检测等领域。目前其制备方法已取得重大的进展。然而，目前制备的锗烯只含有(111)晶面，其它高结晶度晶面的报道较少，这限制了其在半导体领域的进一步应用。理论计算预测锗(110)平面的二维结构具有宽的可调谐带隙，在电子器件应用领域具有突出的潜在应用价值，然而其可控制备的实现仍是一个巨大的挑战。目前上亟需一种结晶质量高的二维锗(110)单晶的制备方法。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种超薄、高结晶质量的二维锗(110)单晶的制备方法。本发明通过化学气相沉积(CVD)的方法成功制备出二维锗(110)单晶，其具有很高的结晶质量，在半导体电子器件和非线性光学等领域显示出重要的应用前景。

本发明提供的技术方案如下：

一种超薄、高结晶质量的二维锗(110)单晶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将较高熔点的金属作为支撑基底，并对其进行预处理；

(2)将较低熔点的金属或合金放置在支撑基底上，引入锗源，在H₂/Ar气氛中以高于较低熔点金属或合金的熔化温度加热，获得低熔点金属或合金的原子级平坦金属基底；

(3)原子级平坦金属基底上生长二维锗晶体，即得到超薄、高结晶质量的二维锗(110)单晶；

(4)将超薄、高结晶质量的二维锗(110)单晶进行转移到目标基底上。

进一步，所述步骤(1)中较高熔点的金属选自钼、钨、钛、钒、铬、钌、铑、钯、铂、铱箔中的一种。

更进一步，所述步骤(1)中较高熔点的金属选自钼或钨。

进一步，所述步骤(1)中预处理的方法为：将支撑基底依次放入丙酮、乙醇和超纯水中进行超声处理。支撑基底的大小优选为1×1cm²。超声处理时间优选为30min。

进一步，所述步骤(2)中较低熔点的金属选自镓、铟或锡，合金选自镓、铟、锡中的两种或三种组成的合金。

进一步，所述步骤(2)中所述较低熔点的金属或合金的加入量为10～30mg。

进一步，所述锗源为有机溶剂分散的锗粉，有机溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇和丙酮中的一种或两种；有机溶剂为用量为0.1～0.5ml。优选的，有机溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇和丙酮中的两种，体积比1:2～1:10。

进一步，所述步骤(2)中，若通氩气，流量为100～500sccm；若通氢气，流量为10～200sccm。