Bi2OxSe纳米片、其制备方法及用途技术

本发明专利技术提出一种Bi2OxSe纳米片，是垂直生长于基底上的纳米片，纳米片的厚度为10～100nm，0＜x＜2。本发明专利技术还提出所述Bi2OxSe纳米片的制备方法和应用。本发明专利技术通过化学气相沉积法，在基底上制备得到垂直基底生长的Bi2OxSe纳米片。所述方法合成步骤简单、成本低；制备得到的Bi2OxSe纳米片结晶性好，化学稳定性好，其厚度为10～100nm，横向尺寸为1～50μm，应用于近红外光电探测有非常好的性能，响应度可达14.1A/W，响应时间可达2.7ms，探测率可达4.7×1011Jones。

【技术实现步骤摘要】
Bi2OxSe纳米片、其制备方法及用途
本专利技术属于光电材料领域，具体涉及一种Bi2OxSe纳米材料、及其制备和应用。
技术介绍
在过去的几十年，红外光探测因其在军事、商业、民用和学术等领域的重要意义而被广泛研究。其中，碲镉汞和III-V族化合物半导体是最重要的红外探测系列材料。精确的带隙调控、较高的光吸收效率和很低的产热速率是它们最主要的特点。虽然如此，碲镉汞仍然存在很多技术难题，例如大面积制备困难、材料合成昂贵、界面稳定性差等等，都限制了其在工业和生活中的广泛应用。而III-V族化合物半导体同样也面临着由于晶格失配严重而带来的材料合成困难等问题。近年来，二维层状材料的诞生为红外光电探测器的制备带来了新的曙光。其超薄的厚度、良好的机械性能、高度的柔韧性、可精确调控的能带间隙、超高的光学特性以及可组装范德华异质结的特殊性能，被认为是下一代红外探测器的研究热点。石墨烯、黑磷以及以它们为基础的异质结材料应经被广泛用于红外光电探测的研究。但石墨烯仍需要通过额外的处理来提高其光吸收性能，而黑磷的稳定性太差。新型的光电探测材料仍需进一步的找寻。最近，一种新型的二维材料Bi2O2Se被发现，其具有超高的电子迁移率及化学性能稳定，带隙约为0.8eV，具有应用于红外光电探测器的制备潜质。在合成和研究Bi2O2Se纳米片的过程中，我们发现在合成Bi2O2Se纳米片的过程中，同时存在有垂直于基底生长的Bi2OxSe(0<x<2)纳米片，即相对于Bi2O2Se纳米片来说缺氧的成分。在用于制备近红外光电探测器时，其暗电流比Bi2O2Se纳米片更低，而响应度却和Bi2O2Se纳米片相近。因而，研究Bi2OxSe(0<x<2)纳米片的合成意义重大。
技术实现思路
针对本领域存在的不足之处，本专利技术的目的是提出一种应用于近红外光电探测的高性能的Bi2OxSe纳米片。本专利技术的另一目的是提出所述Bi2OxSe纳米片的制备方法。本专利技术的第三个目的是提出所述Bi2OxSe纳米片的应用。实现本专利技术目的的技术方案为：一种Bi2OxSe纳米片，是垂直生长于基底上的纳米片，纳米片的厚度为10～100nm，0＜x＜2。进一步地，所述纳米片的横向尺寸为1～50μm，所述基底为云母、蓝宝石、SiO2/Si基底中的一种(SiO2/Si基底是Si基底上存在300nm厚的SiO2层的复合基底)。优选地，所述纳米片的形状为三角形或近似三角形，其横向尺寸为1～30μm。所述的Bi2OxSe纳米片的制备方法，包括操作：将Bi2O3源和Bi2Se3源的粉末和基底分别置于单温区管式炉的中心、上游和下游，用化学气相沉积(CVD)的方法，在基底上进行生长，然后自然冷却至室温。其中，所述单温区管式炉的炉管为石英管，放入反应原料之前，用氩气清洗所述的石英管。其中，所述单温区管式炉的中心温度为580～700℃，上游的温度为500～600℃，下游的温度为550～650℃。优选地，所述单温区管式炉的中心温度为600～670℃，上游的温度为525～590℃，下游的温度为580～620℃。其中，化学气相沉积过程中，所述单温区管式炉持续通入氩气，氩气的流量为50～100sccm。其中，化学气相沉积的时间为5～60min。本专利技术所述的Bi2OxSe纳米片在近红外光电探测器的制备中的应用。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过化学气相沉积法(CVD)，在云母基底(或SiO2/Si基底、蓝宝石基底)上制备得到垂直基底生长的Bi2OxSe纳米片。所述方法合成步骤简单、成本低；制备得到的Bi2OxSe纳米片结晶性好，化学稳定性好，其厚度为10～100nm，横向尺寸为10～50μm，应用于近红外光电探测有非常好的性能，响应度可达14.1A/W，响应时间可达2.7ms，探测率可达4.7×1011Jones。附图说明图1为Bi2OxSe纳米片在云母基底上生长的光学显微镜(OM)图，分别为垂直云母基底生长(图1a)以及用PDMS压倒后的形貌(图1b)；图2为Bi2OxSe纳米片在蓝宝石基底上生长的扫描电子显微镜(SEM)图片；图3为Bi2OxSe纳米片的原子力显微镜(AFM)图；图4为Bi2OxSe纳米片的高分辨透射电镜(HRTEM)图及选区电子衍射图；图5为Bi2OxSe纳米片的TEM-EDX图；图6是Bi2OxSe纳米片在808nm激光下的光电探测性能测试图，器件电极为Cr/Au(10nm/100nm)。具体实施方式现以以下实施例来说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例中使用的手段，如无特别说明，均为本领域常规的技术手段。实施例1Bi2OxSe纳米片的制备：使用的管式炉为水平放置的单温区管式炉，型号为OTF-1200X，所用石英管的总长度为1米，直径为1英寸，管壁厚度为2毫米。将源Bi2O3粉末放置于石英舟中，再将石英舟放置于单温区管式炉中心。同样将源Bi2Se3粉末放置于管式炉上游距中心约15cm处，将云母基底放置于距管式炉下游距中心约18cm处。用氩气(Ar)反复清洗石英管后，将炉温升高到650℃。在这个控制条件下，管式炉的中心温度为650℃，上游的源Bi2Se3处的温度约为580℃，下游的云母基底的温度约为610℃。保持载气Ar流量65sccm，生长10分钟后打开炉盖迅速冷却至室温。所得的Bi2OxSe纳米片的垂直生长于云母基底上，厚度约80nm.以下部分简要阐明其性能指标：图1a为竖立Bi2OxSe纳米片的光学显微镜(OM)图，图1b为用PDMS压倒后的Bi2OxSe纳米片的光学显微镜图。由图1a可以看出，合成的Bi2OxSe纳米片的垂直于基底生长，由图1b可以看出，Bi2OxSe纳米片的为三角形形状，其横向尺寸(即边长)为5～25μm。图3为其中一个Bi2OxSe纳米片的原子力显微镜(AFM)图，可以看出，该Bi2OxSe纳米片的厚度为85nm。图4a为Bi2OxSe纳米片的高分辨透射电镜(HRTEM)图，图4b为选区电子衍射图；由图4可以看出，Bi2OxSe纳米片具有良好的结晶性，晶格条纹相和选取衍射斑点十分的明显清晰。图5为图3中相应Bi2OxSe纳米片的高分辨透射电镜元素分析(TEM-EDX)图。图5能谱结果为Elementweight％Atomic％O(K)3.1325.15Se(K)15.2224.73Bi(K)81.6350.10可以看出Bi2OxSe纳米片所含元素正确，Cu元素来自于用于支撑纳米片的铜网。其中，氧的比例x的值约为1。实施例2实施例2为对实施例1制备所得的Bi2OxSe纳米片通过EBL工艺做成光电探测器件，检测其在光电探测领域的应用，所用激光波长为808nm。参见图6，图6(a)是不同激光强度下，Bi2OxSe纳米片光电探测器的I-V特性曲线，其非线性表明存在明显的肖特基势垒。插图为相应的器件光学图片，比例尺为10μm。图6(b)是不同激光强度下Bi2OxSe纳米片光电探测器的I-t曲线，不同光强下多个稳定地循环说明器件的稳定性良好。图6(c)是用示波器测试得到的器件光响应曲线，由拟合可得光电探测器件的上升时间为2.7ms，下降时间为6.8ms。图6(d)是Bi2OxSe纳米片光电探测器的光电流和探测率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Bi2OxSe纳米片，其特征在于，是垂直生长于基底上的纳米片，纳米片的厚度为10～100nm，0＜x＜2。

【技术特征摘要】
1.一种Bi2OxSe纳米片，其特征在于，是垂直生长于基底上的纳米片，纳米片的厚度为10～100nm，0＜x＜2。2.根据权利要求1所述的Bi2OxSe纳米片，其特征在于，所述纳米片的横向尺寸为1～50μm，所述基底为云母、蓝宝石、SiO2/Si基底中的一种。3.根据权利要求1或2所述的Bi2OxSe纳米片，其特征在于，所述纳米片的形状为三角形或近似三角形，其横向尺寸为1～30μm。4.权利要求1～3任一项所述的Bi2OxSe纳米片的制备方法，其特征在于，包括操作：将Bi2O3源和Bi2Se3源的粉末和基底分别置于单温区管式炉的中心、上游和下游，用化学气相沉积的方法，在基底上进行生长，然后自然冷却至室温。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述单温区管式...

【专利技术属性】
技术研发人员：何军，李杰，王振兴，阿米尔·玛杰，爱迪尔·该，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11