[发明专利]一种二维氮化镓材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二维氮化镓材料及其制备方法，所述方法包括：以硒化镓粉末为前驱体，采用化学气相沉积法制备二维硒化镓；在氮源中对制备的二维硒化镓进行高温氮化处理，得到二维氮化镓材料。本发明提供的制备方法十分便捷，该方法仅包含模板的制备和高温氮化两个步骤，且这两个步骤均可在管式炉中完成；该方法通过改变气压、生长时间等参数调控二维硒化镓模板的尺寸和厚度，进而实现了二维氮化镓材料的可控制备。

技术领域

本发明涉及半导体材料制备技术领域，特别涉及一种二维氮化镓材料及其制备方法。

背景技术

以III族氮化物为代表的第三代半导体从21世纪初开始崭露头角，相关探索已经持续了多年，但要实现诸如隧道结、单光子发射器和偏振驱动拓扑绝缘体等应用，必须探索二维III族氮化物的生长。另一方面，当III族氮化物半导体被减薄到只有几个原子层时，由于量子限域效应，它们的带隙会进一步增大，可以实现深紫外光电器件所需的超宽禁带半导体。此外，理论研究还预测了二维III族氮化物具有反常温度依赖性的热导率和轨道驱动的超低热导率，这使得它们在能量转换方面展现出广阔的应用前景。二维III族氮化物在理论和实验上展现出的优异物理特性使其成为了研究热点。然而，制备二维材料的两种传统方法，机械剥离法和化学气相沉积法都无法实现二维III族氮化物的制备。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种二维氮化镓材料及其制备方法，该方法仅包含模板的制备和高温氮化两个步骤，且这两个步骤均可在管式炉中完成，即该方法能够便捷地制备二维氮化镓材料；同时该方法通过改变气压、生长时间等参数调控二维硒化镓模板的尺寸和厚度，进而实现了二维氮化镓材料的可控制备。

本发明的第一个目的在于提供一种二维氮化镓材料的制备方法。

本发明的第二个目的在于提供一种二维氮化镓材料。

一种二维氮化镓材料的制备方法，所述方法包括：

以硒化镓粉末作为前驱体，采用化学气相沉积法制备二维硒化镓；

以二维硒化镓作为模板，置于含氮源的管式炉中进行高温氮化处理，制备得到二维氮化镓材料。

进一步的，所述以硒化镓粉末作为前驱体，采用化学气相沉积法制备二维硒化镓，包括：

对衬底进行预处理，其中，所述衬底为SiO₂/Si衬底、Si(111)衬底、蓝宝石衬底中的一种；

将预处理后的衬底转移至管式炉的下游温区，并在上游温区放置硒化镓粉末，抽真空，并充Ar至大气压，持续通入设定流量的Ar，维持气压并开始加热升温；

下游温区和上游温区的温度均升高至第一设定温度后停止加热后，抽真空至设定气压并保温一段时间，关闭真空泵并通入Ar使炉内气压迅速升高；

待管式炉自然冷却至室温后，将沉积有硒化镓的衬底取出并进行清洗处理，获得沉积有二维硒化镓的衬底。

进一步的，持续通入Ar的流量为30-50sccm。

进一步的，下游温区的第一设定温度为690-750℃，上游温区的第一设定温度为800-900℃。

进一步的，设定气压为20-40torr。

进一步的，保温时间为5-20min。

进一步的，所述以二维硒化镓作为模板，置于含氮源的管式炉中进行高温氮化处理，制备得到二维氮化镓材料，包括：

将沉积有二维硒化镓的衬底转移至另一未被污染的管式炉中，抽真空并通入Ar以排尽空气；

充Ar至大气压，停止通气后开始加热升温；