[发明专利]一种Se-Cr2

说明书

本发明提出一种Se‑Cr₂S₃二维材料、制备方法及应用，制备方法包括如下步骤：根据载气气流方向，将石英管的腔室分为上游高温恒温区与下游高温恒温区；将S粉与Se粉放置在上游高温恒温区，将CrCl₃粉放置在下游高温恒温区；在加热前预通入保护气吹扫腔室以去除石英管的腔室内的杂质，之后将S粉、Se粉以及CrCl₃粉以30℃/min的升温速度加热至对应的挥发温度；随后将保护器变换为含氢载气Ar/H₂，控制在预设载气流量下在沉积温度范围生长以得到Se‑Cr₂S₃二维材料。本发明通过Se掺杂成功提升Cr₂S₃二维材料的迁移率，缩短光响应时间以及调控其磁性能。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，特别涉及一种Se-Cr₂S₃二维材料、制备方法及应用。

背景技术

在经典半导体理论中，掺杂技术指的是将杂质原子引入材料中用于调整半导体性能。掺杂半导体可以改变它们的能带结构，如带隙的大小、费米能级的位置，并进一步调节对应的电、光和磁性能。由于这些性质与掺杂浓度密切相关，因此实现半导体技术中的可控掺杂浓度则显得至关重要。

一般的，具有原子级厚度的二维(2D)材料，包括层状材料和非层状材料，已显示出独特的电、光和磁特性。例如，超导性、反常量子霍尔效应和谷电子学。为了最大限度地发挥二维材料的应用，有必要开发出多种方法来调节其特性，例如构建异质结构、制造新型器件和掺杂。

Cr₂X₃(X＝S，Se)是一种具有单斜NiAs型晶体结构的非层状磁性材料，可视为1/3Cr原子嵌入1T层状CrX₂的范德华间隙中。其中，Cr₂Se₃是一种铁磁性或自旋玻璃态金属。通过化学气相沉积法合成的厚度可控的Cr₂S₃纳米片是亚铁磁性半导体，尼尔温度为75K，居里温度为120K。据报道，Cr₂S₃纳米片的导电行为随着厚度的增加而变化，从p型到双极性再到n型。此外，Cr₂S₃纳米片在520nm、808nm和1550nm的激光照射下表现出出色的环境稳定性和高响应性。Cr₂S₃纳米片作为自旋注入层和高性能宽带光电探测器，在半导体自旋器件中具有潜在的应用。

然而，超薄Cr₂S₃纳米片的空穴迁移率低至6.3×10^-3cm²·V^-1·s^-1，光响应时间长至1.65s，严重限制了其在电子学、自旋电子学和光电子学方面的发展。基于此，有必要提出一种有效的方法来提高Cr₂S₃的迁移率。

发明内容

基于此，本发明的目的是为了解决现有技术中，超薄Cr₂S₃纳米片的空穴迁移率过低，光响应时间过长导致严重限制了其在电子学、自旋电子学和光电子学方面的发展的问题。

本发明提出一种Se-Cr₂S₃二维材料的制备方法，其中，用于通过气相沉积装置进行制备，所述气相沉积装置包括石英管，所述石英管内包括上游高温恒温区以及下游高温恒温区，在所述上游高温恒温区设有装载有硫粉和硒粉的第一瓷舟，在所述下游高温恒温区设有装载三氯化铬和氟金云母的第二瓷舟，所述气相沉积装置还包括用于加热所述上游高温恒温区以及下游高温恒温区的加热装置，所述气相沉积装置为双温区反应装置；

所述方法包括如下步骤：