【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二维过渡金属硫族化合物(2d-tmds)合成，特别是关于一种利用面内外延模板诱导生长h相二硒化铬薄膜的方法及其应用。
技术介绍
1、2d-tmds由于其拥有丰富的物理学性质以及在电子、光子、光电子、能量转换、电催化、生物传感和生物成像等领域的潜在应用而受到广泛的关注。这些材料的多种晶体相(如2h、1t、1t′等)具有不同的物理和化学性质，使得相变工程成为2d-tmds研究的关键领域。相变工程，即通过控制材料的生长条件和外部手段来实现不同相结构间的调控，是实现材料性能优化和功能多样化的重要手段。h相结构由于其独特的半导体性质，在电子和光电器件中显示出巨大的应用潜力。然而，单独生长硒化铬材料只能得到非层状生长的crse或1t和1t″相共存的多相crse2结构，无法得到高质量h相crse2薄膜。因此，开发一种可靠和精确的合成策略来制备h相结构的二维过渡金属硫化物薄膜对于实现2d-tmds材料的相变工程至关重要。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的首要目的是：提供一种利用面内外延模板诱导生长h相二硒化铬薄膜的方法及其应用。该h相crse2薄膜生长方法，使用面内外延模板诱导技术，通过分子束外延经晶格匹配的mose2纳米带来诱导生长h相crse2，这种方法不仅显著提高了crse2薄膜的质量，还实现了高度精确的层间控制，获得了mose2-crse2横向异质结。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术的一方
4、首先，利用分子束外延工艺在衬底上生长覆盖度为40％～50％的h相mose2纳米带；
5、接着，继续采用分子束外延工艺，以上述h相mose2纳米带作为模板，诱导生长h相crse2薄膜。
6、进一步地，生长所述h相mose2纳米带的步骤包括如下步骤：
7、(1)在超高真空条件下，对所述衬底、cr源、mo源和se源进行除气处理；
8、(2)在所述衬底上外延生长h相mose2纳米带。
9、进一步地，所述衬底选用高定向热解石墨衬底。
10、进一步地，所述步骤(1)具体包括：在超高真空条件下，加热所述衬底，使得该高定向热解石墨衬底保持在550～600℃，进行高温除气，直至环境真空度小于1×10-8mbar；通过电子束蒸发源对cr源和mo源分别除气15～30分钟，直至环境真空保持在1×10-9mbar量级，其中se源的恒定除气功率为5～8w，cr源的恒定除气功率为9～10w，mo源的恒定除气功率为38～40w，通过分子蒸发源对se源除气40～60分钟，其中，se源的除气温度为150～170℃。
11、进一步地，所述步骤(2)具体包括：在富硒环境中，利用分子蒸发源和电子束蒸发源分别将高纯度的se原子和mo原子蒸发到高定向热解石墨衬底上，其中，se源的蒸发温度维持在140～150℃，mo源的恒定功率为38～40w，高定向热解石墨衬底温度保持在550～600℃，反应时间为15～20分钟，随后，通入过量的se，进行退火，退火的温度为550～600℃，退火时间为25～35min，获得高质量的mose2纳米带。
12、进一步地，外延生长h相crse2薄膜的步骤包括如下步骤：利用分子束外延工艺，将高纯度的se原子和cr原子蒸发至mose2纳米带/高定向热解石墨衬底上，其中，se源的蒸发温度为140～150℃，cr源的恒定功率为8.8～9.5w，高定向热解石墨衬底的温度保持在160～250℃，反应时间为10～15分钟，随后通入过量的se，进行高温退火，退火温度为200～250℃，退火时间为10～15min，在h相mose2纳米带的基础上上制备得到h相crse2。
13、本专利技术的另一方面提供一种h相crse2薄膜，该薄膜的结构有六方对称性，其带隙宽度为～0.7ev，层间是范德瓦尔斯作用力。
14、本专利技术的另一方面提供一种mose2-crse2异质结，所述异质结为具有原子级平整界面的面内横向异质结，其具有i型能带排列，所述mose2为h相mose2纳米带，所述crse2为h相crse2薄膜，该h相crse2薄膜沿mose2纳米带的平整边缘分布，形成晶格连续和界面平整的横向异质结。
15、进一步地，所述h相crse2薄膜整体上呈不规则的树枝状形貌结构。
16、进一步地，所述异质结整体上呈不规则的树枝状形貌结构。
17、进一步地，所述h相crse2薄膜为单层至3层。
18、进一步地，所述异质结的树枝状形貌结构的宽度为10nm至100nm。
19、本专利技术的另一方面还提供了所述h相crse2薄膜和/或所述mose2-crse2异质结在光电器件中的应用。
20、与现有技术相比较，本专利技术至少具有如下有益效果：
21、本专利技术采用分子束外延工艺，将与crse2晶格匹配的h相mose2纳米带作为面内异质外延的模板，促进h相crse2薄膜的生长，获得了整体上呈树枝状的、高质量的、原子层级厚度的h相crse2薄膜，同时获得了mose2-crse2横向异质结，该异质结具有原子级平整的界面、i型能带排列，该能带排列能够通过限制电子和空穴增强光-物质的相互作用，从而促进了异质结构在光电器件中的应用。这种面内异质外延模板诱导的相选择生长方式为二维过渡金属硫族化合物的相工程提供了一种有效、可控的h相crse2材料的制备策略，实现了对h相crse2的晶体相和微观结构的精确控制，提升了crse2的结构质量，丰富了二维材料体系的相结构库，为二维材料的发展和应用开辟新的可能性，尤其是在电子、光电子的材料合成和特定相结构的电子学器件的开发中具有重要意义。
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1.一种利用面内外延模板诱导生长H相CrSe2薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1的所述方法，其特征在于，生长所述H相MoSe2纳米带的步骤包括如下步骤：
3.根据权利要求2的所述方法，其特征在于，所述衬底选用高定向热解石墨衬底。
4.根据权利要求3的所述方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：在超高真空条件下，加热所述衬底，使得该高定向热解石墨衬底保持在550～600℃，进行高温除气，直至环境真空度小于1×10-8mbar；通过电子束蒸发源对Cr源和Mo源分别除气15～30分钟，直至环境真空保持在1×10-9mbar量级，其中Se源的恒定除气功率为5～8W，Cr源的恒定除气功率为9～10W，Mo源的恒定除气功率为38～40W，通过分子蒸发源对Se源除气40～60分钟，其中，Se源的除气温度为150～170℃。
5.根据权利要求3的所述方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：在富硒环境中，利用分子蒸发源和电子束蒸发源分别将高纯度的Se原子和Mo原子蒸发到高定向热解石墨衬底上，其中，Se源的蒸发温度维持在14
6.根据权利要求5的所述方法，其特征在于，外延生长H相CrSe2薄膜的步骤包括如下步骤：利用分子束外延工艺，将高纯度的Se原子和Cr原子蒸发至MoSe2纳米带/高定向热解石墨衬底上，其中，Se源的蒸发温度为140～150℃，Cr源的恒定功率为8.8～9.5W，高定向热解石墨衬底的温度保持在160～250℃，反应时间为10～15分钟，随后通入过量的Se，进行高温退火，退火温度为200～250℃，退火时间为10～15min，在H相MoSe2纳米带的基础上制备得到H相CrSe2。
7.一种H相CrSe2薄膜，其特征在于，该薄膜的结构具有六方对称性，其带隙宽度为～0.7eV，层间是范德瓦尔斯作用力。
8.一种MoSe2-CrSe2异质结，其特征在于，所述异质结为具有原子级平整界面的面内横向异质结，其具有I型能带排列，所述MoSe2为H相MoSe2纳米带，所述CrSe2为H相CrSe2薄膜，该H相CrSe2薄膜沿MoSe2纳米带的平整边缘分布，形成晶格连续和界面平整的横向异质结。
9.根据权利要求7的所述H相CrSe2薄膜或者根据权利要求8的所述MoSe2-CrSe2异质结，其特征在于，所述H相CrSe2薄膜或者所述异质结整体上呈不规则的树枝状形貌结构；优选地，所述H相CrSe2薄膜为单层至3层；优选地，所述异质结的树枝状形貌结构的宽度为10nm至100nm。
10.权利要求7的所述H相CrSe2薄膜和/或权利要求8的所述MoSe2-CrSe2异质结在光电器件中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种利用面内外延模板诱导生长h相crse2薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1的所述方法，其特征在于，生长所述h相mose2纳米带的步骤包括如下步骤：
3.根据权利要求2的所述方法，其特征在于，所述衬底选用高定向热解石墨衬底。
4.根据权利要求3的所述方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：在超高真空条件下，加热所述衬底，使得该高定向热解石墨衬底保持在550～600℃，进行高温除气，直至环境真空度小于1×10-8mbar；通过电子束蒸发源对cr源和mo源分别除气15～30分钟，直至环境真空保持在1×10-9mbar量级，其中se源的恒定除气功率为5～8w，cr源的恒定除气功率为9～10w，mo源的恒定除气功率为38～40w，通过分子蒸发源对se源除气40～60分钟，其中，se源的除气温度为150～170℃。
5.根据权利要求3的所述方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：在富硒环境中，利用分子蒸发源和电子束蒸发源分别将高纯度的se原子和mo原子蒸发到高定向热解石墨衬底上，其中，se源的蒸发温度维持在140～150℃，mo源的恒定功率为38～40w，高定向热解石墨衬底温度保持在550～600℃，反应时间为15～20分钟，随后，通入过量的se，进行退火，退火的温度为550～600℃，退火时间为25～35min，获得高质量的mose2纳米带。
6.根据权利要求5的所述方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘美壮，徐静，卢奕旋，叶育良，陈祖信，徐小志，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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