[发明专利]一种制备二维磁性材料铬基硫族化物及其异质结的方法

说明书

本发明提供一种制备二维磁性材料铬基硫族化物及其异质结的方法，该方法通过常压化学气相沉积法(APCVD)可控合成具有大尺寸薄层居里温度高并稳定存在的二维磁性材料(如碲化铬CrTe)，并使用两步CVD法制备二维磁性材料异质结(如CrTe‑WSe₂)，具体包括以下三个部分：(1)APCVD调控生长大尺寸环境稳定的二维磁性材料Cr_xTe_y；(2)利用CVD法在高的生长温度下(T℃)制备出二维WSe₂或WS₂衬底；(3)将(2)中所得的二维WSe₂片作为生长衬底通过两步CVD法制备出CrTe‑WSe₂异质结。

技术领域

本发明涉及二维磁性材料和二维磁性材料异质结的制备技术领域，更具体地，涉及一种制备二维磁性材料铬基硫族化物及其异质结的方法。

背景技术

二维磁性材料中本征铁磁性的发现为探索新的自旋电子器件提供了机会，引起了人们极大的关注，自旋电子学利用电子的自旋来存储数据和处理逻辑运算，全功能自旋电子学技术需要一个有效的自旋产生、自旋传输、自旋操纵和自旋检测框架，而二维磁性材料以及二维磁性材料的异质结中独特的磁学和物理现象有能力实现自旋电子学所要求的多种功能。

CrTe是一种半金属铁磁材料，具有很强的垂直磁各向异性，块体CrTe具有高达340K的居里温度，这意味着制备出室温居里温度的二维铁磁体CrTe是有很大可能性的。但是，由于其天然的非层状结构和热不稳定特性，可控合成具有大尺寸薄层环境稳定的二维磁学材料CrTe仍然是一个巨大的挑战。WSe₂是一种块体的间接带隙为1.2eV，单层的直接带隙为1.7eV的半导体，并且表面光滑无悬挂键，具有大自旋轨道，可与二维磁学材料CrTe形成CrTe-WSe₂异质结。

目前异质结的制备方式主要有机械组装的叠层(顶部)和通过化学气相沉积或物理外延(底部)进行大规模生长两种。大多数二维异质结构是由不同材料的单层薄片直接堆叠而成，也即基于化学气相沉积法，通过转移将两种二维材料简单的堆叠在一起，形成范德瓦尔斯异质结，但是该方法的装置复杂，不易操作，也不易观察到异质结的形成过程，由此形成的异质结不稳定，易脱落，均匀性较差，从而影响形成的异质结性能。而通过两步法化学气相沉积或物理外延(底部)进行大规模生长的方法可以弥补这些缺点，易于大面积生长异质结，不易分离脱落，可增强异质结的均匀性。

现有技术中公开了一种利用热解和热注入的铁-铬基三元硫属纳米结构及其制备方法的专利，根据该专利的铁铬基三元硫属元素化的纳米结构具有优异的分散性，结晶性和导电性，并且在可见光区域中表现出优异的吸收性。然而，该专利对于通过常压化学气相沉积法(APCVD)可控合成具有大尺寸薄层居里温度高并稳定存在的二维磁性材料CrTe，并使用两步CVD法制备CrTe-WSe2异质结的技术鲜有报道。

发明内容

本发明提供一种制备二维磁性材料铬基硫族化物及其异质结的方法，该方法可控合成出表面均匀、环境稳定、大尺寸薄层居里温度为254K的二维磁性材料CrTe及其CrTe-WSe₂异质结。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种制备二维磁性材料铬基硫族化物及其异质结的方法，包括以下步骤：

S1：准备第一石英管，分别称量Te粉末、助溶剂和CrCl₂的混合粉末置于上游温区和下游温区中心的石英舟中，并将生长衬底横跨在石英舟上；

S2：对第一石英管进行三次真空处理，通入一段时间保护气体，待排尽空气后，调节流量计使得流量稳定后设置温度曲线，打开开关对两个温区进行加热，保持一定生长时间后降温得到三角形二维碲化铬；

S3：准备第二石英管，称量WSe₂粉末置于温区中心的石英舟中，并将生长衬底横跨在石英舟上；