단일 레이어 사각형 SnSe 대형 조각의 대기압 제조
Summary
프로토콜은 대형 단일 레이어 직사각형 모양의 SnSe는 대기압 석 영 튜브로 시스템에 저가 SiO2/Si 유 전체 웨이퍼에 부스러기를 성장 하는 2 단계 제조 기법을 보여주는 제공 됩니다.
Abstract
주석 셀 렌 (SnSe) phosphorene, 같은 버클 채운된 구조와 계층된 금속 칼코게나이드 물질의 가족에 속한다 고 차원 일렉트로닉스 장치에 응용 프로그램에 대 한 잠재적인 보이고 있다. SnSe 나노 합성 많은 방법은 개발 되었다, 단일 레이어 SnSe 조각 대형 조작 하는 간단한 방법은 큰 도전 남아 있다. 여기, 우리가 직접 대형 단일 레이어 사각형 SnSe 일반적으로 사용 되 SiO2/Si 기판 대기압 석 영 튜브에서 간단한 2 단계 제조 방법을 사용 하 여 절연에 부스러기를 성장 실험 방법을 보여줍니다. 로 시스템입니다. 단일 레이어 사각형 SnSe ~6.8 Å의 평균 두께를 조각 하 고 약 30 µ m × 50 µ m의 측면 크기 증기 증 착 기술과 질소 에칭 경로 전송의 조합에 의해 조작 했다. 우리는 형태학, 미세, 고 사각형 SnSe 부스러기의 전기적 특성을 특징 하 고 우수한 결정성 및 좋은 전자 속성을 획득. 2 단계 제조 방법에 대 한이 기사는 대기 압력 시스템을 사용 하 여 다른 유사한 2 차원, 대형, 단일 레이어 물질 성장 연구원을 도울 수 있다.
Introduction
2 차원 (2D) 자료에 대 한 연구는 그들의 대량 대응1 우수한, 광학, 전기 및 기계적 속성을가지고 2D 자료의 가능성으로 인해 그래 핀의 성공적인 분리 이후 최근 몇 년 동안에 피어 , 2 , 3 , 4 , 5. 2D 자료 분산 감지 8,9, 표면 강화 라만 분할 하는 물, 촉매 및 전자 기기6,7, 광전자 유망한 응용 프로그램 표시 10,11, 등 2D 자료로는 피부 박피 수 있는 계층화 된 물자의 큰 가족 보기 좋은 다양성, 반도체 전이 금속 dichalcogenides (TMDs 반 금속 그래 핀에서까지 ) 검은 단 열 6 각형 붕 소 질 화물 (h-BN)을 인 (BP). 이러한 자료와 그들의 heterostructures 최근 몇 년 동안, 잘 공부 된 많은 소설 속성 및 응용 프로그램12전시 하 고 있다. 덜 공부 하는 다른, 하지만 자료는 IIIA에 계층화 된 동등 하 게 2D 약속-(가스, GaSe, 및 곤충)13,14 및 IVA 통해-16,17 가족 (릿지, GeSe, SnS)15,를 통해 있다 또한 최근 받은 관심.
SnSe는 IVA에 속한다-그룹을 통해 및 원자 pnma 공간 그룹에서 배열 하 고 phosphorene의 결정 구조 같은 계층 내에서 묶 었와 orthorhombic 구조에서 결정 한다. SnSe 0.6 eV의 밴드 갭 좁은 간격 반도체 하지만 더 잘 알려진, 더 독특한 열전 속성에 대 한 그것으로 보고 923 K18,19 에서 2.6의 매우 높은 ZT (열전 그림 실력의) 값을가지고 는 그것의 독특한 전자 구조 및 낮은 열 전도성에 기인 했다. 대량 SnSe 크리스탈 상업적으로 사용할 수 있습니다 및 알려진된 방법으로 성장 될 수 있다, 하는 동안 방법 Stockbarger 방법20 또는 화학 수증기 수송 방법 등21, 성장 하는 큰 크기의 유 전체에 몇 가지 레이어 및 단일 레이어 SnSe 기판은 더 많은 도전. 매우 지향적인된 pyrolytic 흑연 (hopg 총 현재), 운 모, SiO2, Si3N4, 유리 등의 2D 소재 성장을 지원 하기 위해 많은 기질을 확인 하 고 있습니다. 저 비 SiO2 유는 가장 일반적으로 사용 되는 기판, field-effect 트랜지스터, 제조는 유 전기 뒷문의 일환으로 봉사 수 있습니다. 그래 핀 및 TMDs와 달리 우리의 경험에서 그것은 몇 레이어 또는 단일 레이어 SnSe 조각 micromechanical 각 질 제거 방법으로 얻기 어려운 대량 SnSe는 interlayer 바인딩 에너지22 32 meV의 높은 /2, 두께에 이르게 Å 레이어, exfoliated 조각의 가장자리를 따라도. 따라서, 공부 하 고 몇 가지 레이어 및 단일 레이어 SnSe의 새로운 전자 속성, 새로운 간단 하 고 저렴 한 비용 합성 메서드 고품질 대형 단일 레이어 SnSe 절연 기판에 크리스탈을 준비 하는 필요, 특히 SnSe는 이후 위대한 약속 낮은 중간 온도 범위19에서 에너지 변환 위한 열전 응용 프로그램에 대 한 후보자로 표시.
몇몇 연구원은 고품질 SnSe 결정을 합성 하는 방법을 개발 했습니다. 리 우 외. 23 , Franzman 외. 24 SnSe 나노 양자 점, nanoplates, 단일 결정 nanosheets, nanoflowers, 및 SnCl2 와 알 킬-phosphine-셀레늄 또는 dialkyl nanopolyhedra 등 다른 형태의 합성 솔루션 단계 방법을 사용 선구자로 diselenium입니다. Baumgardner 외. 25 bis[bis(trimethylsilyl)amino]tin(II) 뜨거운 trioctylphosphine, 주입 하 여 콜 로이드 SnSe 나노 입자 합성 그리고 그들은 직경에서 4 ~ 10 nm의 나노. Boscher 외. 26 주석 사염화 비율 10 diethyl 셀 렌, 그리고 그들의 합성 보다 큰 주석 사염화 및 diethyl 셀 렌 유도체를 사용 하 여 유리 기판에 SnSe 영화를 대기압 화학 증기 증 착 기법을 사용 SnSe 영화 했다 약 100 nm 두께 모양에 실버-블랙. 조 외. 27 사용 낮은 진공 시스템에 전송 증 착을 증기와 합성 운 모 기판에 단일-크리스탈 SnSe nanoplates 1-6 µ m의 정사각형 nanoplates을 얻은. 그러나, 단일 레이어 SnSe 취득 결정 되지 않습니다 이러한 기법을 사용 하 여. 리 외. 28 성공적으로 단일 레이어 단일 크리스탈 SnSe nanosheets SnCl4 와 서구2 단계인 한 냄비 합성 방법을 사용 하 여 합성. 그러나, 그들은 했다만 약 300의 가로 크기를 얻을 수 그들의 nanosheets에 대 한 nm. 우리는 최근 우리의 방법을 높은 품질, 대형 단계 순수29는 단일 레이어 SnSe 결정 성장 출판. 이 상세한 프로토콜은 다른 대형 고급 ultrathin 2D 자료가이 방법론을 사용 하 여 성장에 새로운 실무자 수 있도록 것입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기, 증기 수송 증 착 방법 및 질소는 대기 압력 시스템에서 기법 에칭의 조합 처음 보고 됩니다. 이 프로토콜에서 중요 한 단계는 단일 레이어 SnSe 조각 제작의 섹션입니다.
대량 샘플 높은-품질 단일 레이어 샘플 형태로 새겨져 있을 수 있습니다, 비록 대량 샘플의 두께 균일 해야 하며 대량 샘플의 분해 온도 에칭 온도 보다 높아야 한다. 결과 샘플 때문에 에칭 완전히 되 고 …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 중국의 젊은 과학자, 국립 자연 과학 재단의 중국 (보조금 번호 51472164), A 1000 재능 프로그램에 의해 지원 되었다 * 스타 Pharos 프로그램 (그랜트 No. 152 70 00014), 그리고 고급 2d 누스 센터에서 지원 시설 재료입니다.
Materials
| SnSe powder | Sigma-Aldrich | 1315-06-6 | (99.999%) toxic, carcinogenic |
| Ar gas | explosive | ||
| H2 gas | flammable, explosive | ||
| SiO2/Si wafer | 300 nm thick SiO2 on heavily doped Si | ||
| Acetone | Sigma-Aldrich | 67-64-1 | toxic, flammable |
| Isopropanol | Sigma-Aldrich | 67-63-0 | flammable |
| Quartz tube | Dongjing Quartz Company, China | ||
| Ceramic boat | Dongjing Quartz Company, China | ||
| Optical microscope | Olympus, BX51 | ||
| Atomic force microscopy | Bruker | Using FastScan-A probe type and ScanAsyst-air | |
| Scanning electron microscopy | JEOL JSM-6700F | ||
| transmission electron microscopy | FEI Titan | ||
| Tube furnace | MTI Corporation |
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