Luchtdruk fabricage van grote en middelgrote enkellaags rechthoekig SnSe vlokken

Onderzoek naar twee dimensionale (2D) materialen heeft bloeide in de afgelopen jaren sinds de succesvolle isolatie van grafeen, te wijten aan de mogelijkheid van 2D materiaal dat superieure elektrische, optische en mechanische eigenschappen over hun bulk tegenhangers^{1 , 2 , 3 , 4 , 5}. 2D materialen in opto-elektronische en elektronische apparaten^6,7, katalyse en water^8,9, oppervlakte-enhanced Raman splitsen van verstrooiing sensing ^{veelbelovende toepassingen weergeven 10,11}, etc. de grote familie van gelaagde materialen die kunnen worden geëxpandeerd in 2D materialen Toon grote diversiteit, variërend van de semi-metalen grafeen tot de halfgeleidende overgangsmetalen dichalcogenides (TMDs ) en fosfor (BP) aan de isolerende zeshoekige boornitride (h-BN) zwart. Deze materialen en hun Heterostructuren zijn in de afgelopen jaren goed bestudeerd en hebben veel nieuwe eigenschappen en toepassingen¹²tentoongesteld. Andere minder bestudeerd, maar ook veelbelovende 2D gelaagde materialen in de IIIA-VIA (GaS, GaSe en InSe)^13,14 en IVA-VIA (GeS GeSe en SnS)^15,16,17 gezinnen hebben ook onlangs ontvangen aandacht.

SnSe behoort tot de IVA-VIA groep en kristalliseert in een orthorhombisch structuur, met de atomen gerangschikt in de pnma ruimtegroep en kromgetrokken binnen de laag, zoals de kristalstructuur van phosphorene. SnSe is een smalle kloof halfgeleider met een band gap van 0.6 eV, maar is meer bekend om haar meer unieke Thermo-elektrische eigenschappen, zoals het is naar verluidt hebben een zeer hoge ZT (Thermo-elektrische figuur van verdienste) waarde van 2.6 op 923 K^18,19 , die wordt toegeschreven aan de unieke elektronische structuur en een lage thermische geleidbaarheid. Terwijl de bulk SnSe kristallen commercieel beschikbaar zijn en kunnen worden gekweekt door bekende methoden, zoals de methode Bridgeman-Stockbarger²⁰ of de chemische damp transportmethode formaat²¹, groot paar-laag en enkellaags SnSe op diëlektrische verwarming substraten is moeilijker. Er zijn vele verschillende ondergronden, ter ondersteuning van 2D materiaal groei, zoals zeer georiënteerde pyrolytische grafiet (HOPG), mica, SiO₂, Si₃N₄en glas. Goedkope SiO₂ diëlektrica zijn de meest gebruikte substraat, aangezien deze zorgen ervoor dat de fabricage van veld – effect transistors, waar de diëlektrica dienen als onderdeel van de elektrische terug poort. In onze ervaring, in tegenstelling tot grafeen en TMDs, het is moeilijk te verkrijgen van enkele-laag of enkellaags SnSe vlokken door de micromechanische afschilfering methode, zoals bulk SnSe heeft een hoge interlayer bindingsenergie²² van 32 meV / Ų, wat tot dik leidt lagen, zelfs langs de randen van de afgebladderde vlokken. Daarom, om de nieuwe elektronische eigenschappen van enkele laag en enkellaags SnSe te bestuderen, een nieuwe, eenvoudige en goedkope synthetische methode ter voorbereiding van hoge kwaliteit groot formaat enkellaags SnSe kristallen op de isolerende substraten is vereist, vooral omdat SnSe heeft aangetoond grote belofte als een kandidaat voor de Thermo-elektrische toepassingen voor energieomzetting in de lage en matige temperatuur bereik¹⁹.

Verschillende onderzoekers hebben methodes om te synthetiseren van hoge kwaliteit SnSe kristallen ontwikkeld. Liu et al. ²³ en Franzman et al. ²⁴ een oplossing-fase-methode gebruikt voor het synthetiseren van SnSe nanokristallen verschillende vormen, zoals quantumdots, nanoplates, enkele kristallijn nanosheets, nanoflowers en nanopolyhedra met behulp van SnCl₂ en alkyl-Fosfine-selenium of dialkyl diselenium als voorlopers. Baumgardner et al. ²⁵ colloïdaal SnSe nanodeeltjes gesynthetiseerd door het injecteren van bis[bis(trimethylsilyl)amino]tin(II) in de hete trioctylphosphine, en zij verkregen nanokristallen voor ~ 4-10 nm in diameter. Boscher et al. ²⁶ gebruikt een atmosferische druk chemical vapor deposition techniek voor het verkrijgen van SnSe films op glazen substraten met behulp van tin stegen en diethyl selenide precursoren met een tin Tetra-ratio groter dan diethyl selenide, en hun gesynthetiseerde 10 SnSe films waren ongeveer 100 nm dik en zilver-zwart in verschijning. Zhao et al. ²⁷ gebruikt damp vervoer afzetting in een laag vacuüm systeem en gesynthetiseerd single-crystal SnSe nanoplates op mica substraten en verkregen vierkante nanoplates van 1-6 µm. Verkrijgen van enkellaags SnSe zijn kristallen echter niet mogelijk met behulp van deze technieken. Li et al. ²⁸ gesynthetiseerd met succes enkellaags single-crystal SnSe nanosheets met een een-pot synthetische methode SnCl₄ en SeO₂ precursoren. Ze waren echter alleen kunnen verkrijgen van een laterale grootte van ongeveer 300 nm voor hun nanosheets. We hebben onlangs onze methode om te groeien van hoge kwaliteit, grote en middelgrote enkellaags SnSe kristallen die fase pure²⁹zijn gepubliceerd. Dit gedetailleerde protocol is bedoeld om te helpen nieuwe beoefenaars om te groeien van andere grote kwalitatief hoogwaardige uiterst dunne 2D materialen met gebruikmaking van deze methodiek.