一种碲化锑-二硫化钨垂直异质结纳米材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种碲化锑

【技术实现步骤摘要】
一种碲化锑
‑
二硫化钨垂直异质结纳米材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于无机纳米半导体材料领域，具体涉及一种碲化锑
‑
二硫化钨垂直异质结纳米材料的制备方法。

技术介绍

[0002]二维层状半导体材料，特别是过渡金属硫族化合物（TMDs），由于其超薄的结构、单层直接带隙、大的激子束缚能、室温光发射和谷电子特性等优异的光电性质，以及在未来集成光电子器件方面的潜在应用，吸引了广泛的关注。
[0003]相比于机械剥离再堆叠的方法，气相沉积法合成的二维层状异质结具有干净的异质界面、高效的层间电荷转移效率和较大的异质界面接触面积等优势，因此，近年来，CVD法制备二维p
‑
n垂直异质结逐渐成为研究热点。由于大多数TMDs材料都是n型半导体，缺少室温下稳定存在的p型半导体，导致异质结构筑类型单一。因此，设计基于type
‑
II能带结构的二维p
‑
n垂直异质结高性能光电器件仍然是一个巨大的挑战。
[0004]近年来，层状Sb2Te3材料因其具有窄带隙（~0.3 eV）、无毒、结构稳定、成分丰富、载流子浓度高（10
19
‑
10
20
cm
‑3）和载流子迁移率高（200 cm2V
‑1s
‑1）等优点受到了科研工作者的关注。显然，Sb2Te3与TMDs半导体的集成将大大提高制备的范德瓦尔斯异质结构的电学性能。此外，目前所报道的TMDs多为n型半导体，因此结合p型Sb2Te3和n型WS2的优点，制备二维p
‑
Sb2Te3/n
‑
WS2垂直异质结（type
‑
II能带结构），不仅拓展二维垂直异质结的应用，而且还可构建高效多功能光探测器。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种具有优异光电转换性能Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料，以实现了WS2发光强度的有效增强。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料的制备方法，以实现Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料的快速制备。
[0007]一、Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料的制备1）WS2层制备：将清洗干净的SiO2/Si基底平扣在装有WO3粉末的陶瓷舟上方，然后将陶瓷舟放入管式炉中心温区，通入氩气置换出管式炉内空气后，升温至950~1000℃并通入15~20sccm的H2S气体进行化学气相沉积反应2~5 min，反应结束后，停止通入H2S气体，并迅速将管式炉冷却至室温，得到生长有WS2层的SiO2/Si基底；2）Sb2Te3‑
WS2制备：将生长有WS2层的SiO2/Si基底正面朝上置于石英舟中，并缓慢将其置于管式炉的中心温区下游；随后将Sb2Te3粉末放入另一石英舟中，并置于管式炉的中心温区，升温至500~600℃进行化学气相沉积反应1~2min，反应过程中，以氩气为载气，载气的流量为50~80sccm；待反应结束后，迅速将管式炉冷却至室温，即得Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料。
[0008]上述步骤1）和步骤2）中，在化学气相沉积反应前，先采用氩气置换空气，置换过程
中，通入氩气的流量为300~500 sccm，通入氩气的时间为15~20min。
[0009]上述方法制备的Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料为垂直堆叠层状结构，其中底层为WS2层，底层上堆叠Sb2Te3层；所述WS2层为具有三角形形状的单层单晶纳米片，所述Sb2Te3层为随着生长温度的升高或生长时间的延长，在WS2层上覆盖的具有多边形形状的单晶纳米片。
[0010]所述WS2层中，单晶纳米片为六方晶系层状结构；单晶纳米片的平面尺寸为20~50 μm，单层厚度约为0.7~0.9nm。
[0011]所述Sb2Te3层中单晶纳米片为三方晶体结构，厚度为0.8~2.1 nm。
[0012]所述Sb2Te3层在垂直方向投影的面积小于所述WS2层在垂直方向投影的面积，Sb2Te3层覆盖率为30%~70%。
[0013]二、Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料的结构表征用光学显微镜对本专利技术实施例1所制备的二维纳米WS2和Sb2Te3/WS2垂直异质结晶体材料进行表面形貌表征，结果见图2。其中图2a为实施例1所制备的单层WS2光学照片，图2b为本专利技术实施例1所制备的Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料的光学照片。从图2a中可以看到二维纳米WS2材料的形状一致，且呈现三角形，边长约为30~35 μm。从图2b可以看出，当中心温度为500℃时，Sb2Te3材料并无规则形貌，可以从WS2材料一角生长，也可以从中间生长。
[0014]用扫描电子显微镜（SEM）对本专利技术实施例2所制备的单层WS2和Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料进行表面形貌表征，结果见图3。其图3a为本专利技术实施例2所制备的单层WS2的SEM照片，图3b为本专利技术实施例2所制备的Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料的SEM照片；从图3a中可以看到二维纳米WS2材料的形状一致，且呈现三角形，边长约为30μm。从图3b可以看出，当中心温度为550℃时，Sb2Te3材料并无规则形貌，在WS2材料上面覆盖约为30%~70%。
[0015]用原子力显微镜（AFM）对本专利技术实施例3所制备的单层WS2和Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料进行表面形貌表征，结果见图4。其中图4a为本专利技术实施例3所制备的单层WS2的AFM照片，图4b为本专利技术实施例所制备的Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料的AFM照片；从图4a中可以看到二维纳米WS2材料划线部分的厚度约为0.907nm，说明制备的二维纳米WS2材料是单层材料。从图4b可以看出，当中心温度为600℃时，Sb2Te3材料划线部分的厚度约为1.985nm，相当于双层材料。
[0016]三、Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料的性能评价图5为本专利技术实施例2所制备的WS2和Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料的拉曼照片，其图5a为本专利技术实施例2所制备的单层WS2的拉曼照片，图5b为本专利技术实施例2所制备的Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料的拉曼照片；从图5a中可以看到二维纳米WS2材料在351 cm
‑1的E
2g
峰和412 cm
‑1的A
1g
峰清晰可见，图5b中Sb2Te3材料在135 cm
‑1的E
2g
峰也可以观测到，说明所合成的材料确实是Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料。
[0017]图6为本专利技术实施例2所制备的Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料的X射线光电子能谱图。从图中可以知道，S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碲化锑
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二硫化钨垂直异质结纳米材料，其特征在于：Sb2Te3‑
WS2垂直异质结纳米材料为垂直堆叠层状结构，其中底层为WS2层，底层上堆叠Sb2Te3层；所述WS2层为具有三角形形状的单层单晶纳米片，所述Sb2Te3层为随着生长温度的升高或生长时间的延长，在WS2层上覆盖的具有多边形形状的单晶纳米片。2.根据权利要求1所述的一种碲化锑
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二硫化钨垂直异质结纳米材料，其特征在于：所述WS2层中，单晶纳米片为六方晶系层状结构；单晶纳米片的平面尺寸为20~50 μm，单层厚度约为0.7~0.9 nm。3.根据权利要求1所述的一种碲化锑
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二硫化钨垂直异质结纳米材料，其特征在于：所述Sb2Te3层中，单晶纳米片为三方晶体结构，厚度为0.8~2.1 nm。4.根据权利要求1所述的一种碲化锑
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二硫化钨垂直异质结纳米材料，其特征在于：所述Sb2Te3层在垂直方向投影的面积小于所述WS2层在垂直方向投影的面积，Sb2Te3层覆盖率为30%~70%。5.一种如权利要求1所述的碲化锑
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二硫化钨垂直异质结纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）WS2层制备：将清洗干净的SiO2/Si基底平扣在装有WO3粉末的陶瓷舟上方，然后将陶瓷舟放入管...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵磊，黄一凡，郭中华，王新琴，赵鸿宇，马云云，林树美，
申请(专利权)人：兰州城市学院，
类型：发明
国别省市：