[发明专利]一种锑基半导体单晶的制备方法

说明书

本发明公开了一种锑基半导体单晶的制备方法，锑基半导体单晶具有独特的一维结构和显着的光电特性在光电领域中得到广泛关注和研究。然而高质量一维锑基半导体单晶报告较少。在本工作中，我们使用五氧化二锑乳液替代锑盐，通过水热法制备了高质量和低界面缺陷的一维锑基半导体单晶，避免了锑盐阴离子对晶体界面的自腐蚀，减少了晶体的界面缺陷并提高了晶体界面稳定性。实验证实了一维锑基半导体单晶表现出良好的光吸收性能。由于其低的晶体界面缺陷，一维锑基半导体单晶基探测器在弱光下具有较高的光响应度和比探测率。

技术领域

本发明属于半导体材料领域，涉及一种锑基半导体单晶的制备方法，特别涉及一种具有成本低、工艺简单、界面缺陷少、晶体质量高的一维锑基半导体单晶的生长方法。

背景技术

锑基半导体单晶作为一种新型直接带隙半导体材料，具有独特的一维结构和显着的光电特性在光电领域中得到广泛关注和研究。Sb₂S₃、Sb₂Se₃ 、AgSbS₂等材料被认为是新型太阳能电池和光电探测器等先进光电器件中有潜力的候选材料。例如，Choi等人和Zimmermann等人研究表明基于Sb₂S₃的太阳能电池具有良好的光电转换效率以及设备稳定性。由于大的比表面积和量子限制效应，一维半导体引起了广泛的兴趣，被认为是高性能光电探测器和其他光电器件最有前途的基础构件。纳米结构的锑基半导体单晶晶体也被认为是用于高性能光电探测器的有前途的材料。

锑基晶体由许多通过范德华力接触的一维分子链组成，很容易形成一维材料。通过溶剂热处理、化学气相沉积和模板法制备了锑基低维晶体，如纳米棒、纳米管、纳米带和纳米线。然而，这些纳米线材料仍然存在较多的界面缺陷，严重限制了它们在光电器件中的实际应用，基于锑基半导体的光电探测器的性能仍有待提高。

锑基半导体单晶的纳米结构通常通过化学气相沉积生长，然而化学气相沉积法生长的锑基半导体纳米线成本较高，且纳米线合成工艺往往较为复杂，器件的构筑也会受到限制，有学者报道锑基半导体纳米线团聚严重。在这项工作中，我们发明了使用五氧化二锑乳液替代传统锑盐，结合水热法合成的高质量一维锑基半导体单晶，得到高质量和低界面缺陷的锑基半导体单晶微米线，同时，还基于单独的一维锑基半导体单晶制造了高性能光电探测器，具有良好的光电特性。结果表明该方法制备的一维锑基半导体单晶在微/纳光电探测器件领域的具有较好的应用前景。

发明内容

一种锑基半导体单晶的制备方法，使用五氧化二锑乳液作为锑源代替锑盐，通过溶剂热法制备高质量和低界面缺陷的一维锑基半导体单晶材料，包括以下步骤：

（1）将五氧化二锑乳液、硫源或硒源，和Ag盐或Cu盐按照一定比例溶于或部分溶于水中，得到前驱体混合液；

（2）将前驱体混合液转移至高温高压反应釜，在水热反应一段时间后，即可得到一维锑基半导体单晶。

一维锑基半导体单晶材料为Sb₂S₃、Sb₂Se₃、AgSbS₂、AgSbSe₂、CuSbS₂、或CuSbSe₂。

所述步骤1中五氧化二锑乳液溶度为0.01-60 wt%。

所述步骤1中硫源为硫脲和单质硫的一种或两种；硒源为硒脲和单质硒的一种或两种。

所述步骤1中Ag盐为硝酸银、柠檬酸银的一种或两种；Cu盐为乙酸铜、硝酸铜、氯化铜的一种或多种。

所述步骤1中五氧化二锑：（硫源或硒源）：（Ag盐或Cu盐）的摩尔比例为1：（1-10）：（0-6）。

所述步骤2中水热反应温度为60-350℃。

所述步骤2中的水热反应时间为0.1-72小时。