一种高定向氯氧化铕二维层状稀土材料及其制备方法和应用

本发明属于半导体材料，具体涉及一种高定向氯氧化铕二维层状稀土材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、研究纳米尺度下的光传输特性，开发高传输密度、全光调控的可见近红外有源微纳波导，在光通信、传感器、生物医学和量子信息等领域有着重要的应用。二维材料由于其量子尺寸效应、层状可堆叠和易于集成的特性，成为了微纳波导器件的新解决方案，是潜在的智能半导体器件材料。但是，非稀土二维材料存在稳定性差、光增益小、工艺复杂等问题，限制了其在有源微纳波导中的应用，而稀土发光材料不受上述问题的限制。

2、稀土元素活化的发光材料具有可调节的光发射行为和宽发射范围，因此可结合稀土材料的发光特性与二维材料易于集成的特点，使它们在显示、遥感、光通信、光子集成、数据加密、光波导以及光电器件等研究领域中产生巨大的应用价值。目前，二维稀土材料主要的制备方法为除了具有有限尺寸和可扩展性的机械剥离薄片外，化学气相沉积(cvd)具有可控性好，容易大量制备的特点。在使用化学气相沉积法生长二维稀土材料时，基底扮演着至关重要的角色，包括吸附反应物、促进成核和刺激外延生长等方面。然而，由于与基底晶格不匹配，二维稀土材料存在生长无序、尺寸小等问题，使其在光子电路中高效产生和控制光子模式仍然存在挑战，限制了其在光波导、微纳光学和光电子领域的发展。因此，研究合适的基底策略，实现二维稀土材料的可控制备，制备高质量二维晶体，已成为该领域的前沿和难点问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供了一种高定向氯氧化铕二维层状稀土材料及其制备方法和应用，选取eucl3·6h2o和kcl为原料，通过晶格匹配策略，以<100>面的mgo或者laalo3为生长基底，采用化学气相沉积法制备超薄、高定向二维稀土卤氧化物euocl，经近场光学成像表征，其可引导光传输，存在光波导模式。

2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、本发明的第一目的是提供一种高定向氯氧化铕二维层状稀土材料的制备方法，采用化学气相沉积法制备，包括：将eucl3·6h2o原料经第一烧结机制得到euocl粉末；将euocl粉末和kcl原料在含氩气载气、第二烧结机制下在生长基底表面物理气相沉积，制得单层氯氧化铕薄膜，所述生长基底为<100>面的mgo或者laalo3。

4、进一步的，所述第一烧结机制的温度为600～650℃，升温速度为5-10℃/min，保温时间6～9h。

5、进一步的，euocl粉末和kcl原料用量质量比为0.1～1。

6、进一步的，所述氩气气流量为5-20sccm。

7、进一步的，所述第二烧结机制的温度为900～950℃，升温速度为20-30℃/min，保温时间20～40min。

8、进一步的，将<100>面的mgo或者laalo3布置在所述euocl粉末和kcl原料的两侧。

9、本发明的第二目的是提供采用上述制备方法制得的高定向氯氧化铕二维层状稀土材料。

10、进一步的，所述高定向氯氧化铕二维层状稀土材料的横向尺寸为5-10μm。

11、进一步的，所述高定向氯氧化铕二维层状稀土材料的厚度为80-120nm。

12、本发明的第三目的是提供上述的高定向氯氧化铕二维层状稀土材料的应用，将其用于制备二维材料波导器件。

13、与现有技术比较，本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

14、(1)本发明提供一种高定向氯氧化铕二维层状稀土材料及其制备方法和应用，选取eucl3·6h2o和kcl为原料，通过晶格匹配策略，以<100>面的mgo或者laalo3为生长基底，采用化学气相沉积法制备超薄、高定向的氯氧化铕二维材料，经近场光学成像表征，其可引导光信号传播。

15、(2)本发明所需原料成本较低，过程操作简单，符合环保要求，而且该材料在光通信和传感器上的应用前景可观。

技术特征：

1.一种高定向氯氧化铕二维层状稀土材料的制备方法，其特征在于，采用化学气相沉积法制备，包括：将eucl3·6h2o原料经第一烧结机制得到euocl粉末；将euocl粉末和kcl原料在含氩气载气、第二烧结机制下在生长基底表面物理气相沉积，制得单层氯氧化铕薄膜，所述生长基底为<100>面的mgo或者laalo3。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一烧结机制的温度为600～650℃，升温速度为5-10℃/min，保温时间6～9h。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，euocl粉末和kcl原料用量质量比为0.1～1。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氩气气流量为5-20sccm。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二烧结机制的温度为900～950℃，升温速度为20-30℃/min，保温时间20～40min。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将<100>面的mgo或者laalo3布置在所述euocl粉末和kcl原料的两侧。

7.一种高定向氯氧化铕二维层状稀土材料，其由权利要求1-6中任一项所述的制备方法制得。

8.如权利要求7所述的高定向氯氧化铕二维层状稀土材料，其特征在于，所述高定向氯氧化铕二维层状稀土材料的横向尺寸为5-15μm。

9.如权利要求7所述的高定向氯氧化铕二维层状稀土材料，其特征在于，所述高定向氯氧化铕二维层状稀土材料的厚度为80-120nm。

10.一种如权利要求1-6中任一项所述制备方法制得的高定向氯氧化铕二维层状稀土材料的应用，其特征在于，将其用于制备二维材料波导器件。

技术总结本发明涉及半导体材料技术领域，具体公开了一种高定向氯氧化铕二维层状稀土材料及其制备方法和应用。选取EuCl<subgt;3</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O和KCl为原料，通过晶格匹配策略，以<100>面的MgO或者LaAlO<subgt;3</subgt;为生长基底，采用化学气相沉积法制备超薄、高定向的氯氧化铕二维材料，经近场光学成像表征，其可引导光传输。本发明所需原料成本较低，过程操作简单，符合环保要求，而且该材料在光通信和传感器上的应用前景可观。技术研发人员：李国岗,关梦玉,戴志高受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）技术研发日：技术公布日：2024/9/29