一种基于热升华减薄的大尺度GeSe二维材料制备方法

本发明属于二维材料，具体涉及一种基于热升华减薄的大尺度gese二维材料制备方法。

背景技术：

1、随着半导体器件向亚十纳米尺度发展，各种低维半导体材料和器件不断涌现。出现了包括石墨烯、过渡族金属硫族化合物体系、六方氮化硼体系、黑磷烯体系、ⅳ-ⅵ族化合物体系、mxenes体系、xenes体系等。随着更多的材料被不断提出，制备这些二维材料的方案也多种多样，逐渐形成了以有机化学合成、物理机械撕裂、液相剥离法、水浴法、热溶剂法、热分解法、化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)等为主的多种制备方案，这些方案最终可以归纳为“自上而下”和“自下而上”两种。层状iv-vi族化合物是一种新兴的材料群体，包括sns、snse、ges、gese等。

2、与石墨烯、过渡族金属硫族化合物二维材料、和墨磷烯等主流二维材料相比，以gese为代表的ⅳ-ⅵ族化合物体系二维材料有很多独特的物理性质。首先是gese具有正交(扭曲的nacl)的晶体结构和很高的gruneisen参数，使得该材料具有很低的导热系数和高的热电性能；其次，它们可以成为相变存储器的候选定材料；再次，gese二维材料具有直接带隙的能带结构，且能带非常复杂，在0.5-1.5ev与太阳光谱相重合；最后，gese二维材料化学稳定性非常好，具有极高的压电系数，gese二维材料的荧光谱和吸收谱都非常宽。上述这些性质使其在特定领域具有极高的应用潜能。因此，探索该族二维材料的大尺度和高效实验制备技术问题，是当前该族二维材料应用需要解决的首要问题。

3、然而，在ⅳ-ⅵ族化合物体系二维材料的制备上，传统制备方案技术却遇到了极大的挑战。该族二维材料难以以传统方案制备的最主要原因在于：

4、1)该族材料由于层间的范德华结合力非常强，属于典型的部分层状材料，无法以传统的撕裂法制备获取；

5、2)在cvd和pvd制备上，由于材料的纵向生长速度很快，也无法以cvd或pvd方式获取该族的大面积(典型的10×10μm2以上)原子级层厚的材料；

6、3)基于有机化学合成的方案，能够制备得到该族二维材料，但尺寸非常小，仅为约1微米的横向尺寸。继续延长化学合成的时间，会导致材料增厚，无法得到原子级层厚的材料；

7、4)现有基于激光聚焦扫描减薄的方案，通过聚焦激光，利用激光的局域热效应，逐点扫描减薄gese单晶块材，从而原创性地得到具有较大面积的gese二维材料，并首次报道了gese二维材料。然而，该方案的弊端也很明显，聚焦激光扫描减薄的速度很慢，且要求减薄设备系统具有长时间的高精度和稳定性，因此对设备要求高，效率却非常低。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种基于热升华减薄的大尺度gese二维材料制备方法，该方法包括：

2、s1：准备衬底sio2/si，衬底sio2/si中的sio2厚度为2μm，si厚度为500μm；将衬底sio2/si清洗除杂；

3、s2：准备高纯度的单晶gese块材并从gese单晶块材上将gese纳米片剥离并且转移至衬底上；

4、s3：将载有gese纳米片的衬底放入石英管中心，将石英管放入管式炉的电阻丝中间位置；

5、s4：将石英管抽至真空状态，将管式炉加热至300℃并保温1小时，关闭加热使衬底自然降至室温，得到大尺度gese二维材料。

6、优选的，步骤s1中，将衬底清洗除杂的过程包括：将衬底依次放入去离子水、丙酮溶液、乙醇溶液中均清洗15分钟。

7、优选的，步骤s2中，从gese单晶块材上将gese纳米片剥离的过程包括：使用高粘附胶带从单晶gese块材上剥离材料至胶带上；将胶带反复对折，使gese均匀地分布在胶带上同时使得gese的层数减少；将对折后胶带盖在衬底上，使用镊子轻轻划动含有样品的胶带使得gese转移至衬底上。

8、优选的，步骤s4中，所述石英管抽至真空状态的压强为5×10-3pa。

9、优选的，所述单晶gese块材的纯度为99.9995％。

10、优选的，衬底sio2/si的面积大于100mm2。

11、本发明的有益效果为：本发明制备过程很快，且原始材料的厚度和面积尺寸对最终的减薄效果无重要影响，制备出的二维材料总体性能优良；制备过程不需要价格高昂的设备，对设备的精度要求也不高，整个制备过程成本低。本发明同样适用于其它与gese部分层状材料有类似结构的材料，其最优热升华温度需要根据具体情况做具体的测试。综上，本发明的制备速度快，成本低，且制备出的二维材料性能良好。

技术特征：

1.一种基于热升华减薄的大尺度gese二维材料制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于热升华减薄的大尺度gese二维材料制备方法，其特征在于，步骤s1中，将衬底清洗除杂的过程包括：将衬底依次放入去离子水、丙酮溶液、乙醇溶液中均清洗15分钟。

3.根据权利要求1所述的一种基于热升华减薄的大尺度gese二维材料制备方法，其特征在于，步骤s2中，从gese单晶块材上将gese纳米片剥离的过程包括：使用高粘附胶带从单晶gese块材上剥离材料至胶带上；将胶带反复对折，使gese均匀地分布在胶带上同时使得gese的层数减少；将对折后胶带盖在衬底上，使用镊子轻轻划动含有样品的胶带使得gese转移至衬底上。

4.根据权利要求1所述的一种基于热升华减薄的大尺度gese二维材料制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述石英管抽至真空状态的压强为5×10-3pa。

5.根据权利要求1所述的一种基于热升华减薄的大尺度gese二维材料制备方法，其特征在于，所述单晶gese块材的纯度为99.9995％。

6.根据权利要求1所述的一种基于热升华减薄的大尺度gese二维材料制备方法，其特征在于，衬底sio2/si的面积大于100mm2。

技术总结本发明属于二维材料技术领域，具体涉及一种基于热升华减薄的大尺度GeSe二维材料制备方法；该方法包括：将衬底SiO<subgt;2</subgt;/Si清洗除杂；准备高纯度的单晶GeSe块材并从GeSe单晶块材上将GeSe纳米片剥离并且转移至衬底上；将载有GeSe纳米片的衬底放入石英管中心，将石英管放入管式炉的电阻丝中间位置；将石英管抽至真空状态，将管式炉加热至300℃并保温1小时，关闭加热使衬底自然降至室温，得到大尺度GeSe二维材料。本发明的制备速度快，成本低，且制备出的二维材料性能良好。技术研发人员：王春香,赵洪泉,张炜受保护的技术使用者：中国科学院重庆绿色智能技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/11