CN115652261A - 一种具有增强的非线性光学特性的大面积Te-MX2垂直异质结的制备方法 - Google Patents
一种具有增强的非线性光学特性的大面积Te-MX2垂直异质结的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115652261A CN115652261A CN202211275889.5A CN202211275889A CN115652261A CN 115652261 A CN115652261 A CN 115652261A CN 202211275889 A CN202211275889 A CN 202211275889A CN 115652261 A CN115652261 A CN 115652261A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- placing
- temperature
- area
- heterojunction
- glass substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明公开一种具有增强的非线性光学特性的大面积Te‑MX2垂直异质结纳米结构的制备方法。采用两步生长法，通过调节限域高度、生长时间以及MX2处理工艺，可以实现二维MX2表面生长的一维碲纳米线尺寸、取向与疏密程度的有效调控。将碲粉末放在氧化铝舟置于加热温区。然后用一片玻璃基底盖在长有单层MX2的玻璃基底上形成限域空间，并将其置于加热温区下游。利用低压气相外延生长技术在单层二维MX2表面外延生长一维Te纳米线，形成Te‑MX2垂直异质结。Te‑MX2垂直异质结展现出优异的非线性光学吸收特性，饱和吸收特性大幅增加，调制深度提升至28.1％，在可饱和吸收体、光调制器领域有着广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及到材料和非线性光学，特别涉及一种具有增强的非线性光学特性的大面积 Te-MX2垂直异质结的制备方法。
背景技术
碲是第五周期VI A族(氧族)元素。在所有非金属元素中，金属性最强，具有良好的导电、导热性能。碲是窄带隙p型半导体材料，其带隙大小约为0.35eV。碲单晶材料具有独特的一维范德华结构，分子链间通过范德华力相连接。先前的理论与实验表明其具有优异的铁电、压电、热电、光电等物理特性，在光电探测器、气体传感器、场效应晶体管、压电器件、光学调制器件等方面表现出极大的应用潜力。研究发现，碲纳米结构具有优异的非线性光学响应特性，这使得其可以成为优秀光学材料之一。Te具有较高的有效宽带饱和吸收率，可利用Te作为可饱和吸收体来制造光子器件。Te在被动调Q器、锁模器、光切换器或光调制器领域具有广阔的应用前景。因此，制备具有优异饱和吸收特性的高质量碲纳米材料显得尤为重要。
为了制备具有优异饱和吸收特性的高质量碲纳米材料，研究人员通过液相剥离法制得一种新型的少层二维单元素材料碲烯，表现出可饱和吸收体的优异性能，然而这种方法还有很多不足:如得到的碲烯浓度较小；尺寸上和层数上存在着较大的分散性。Te-MX2异质结纳米结构有望解决这些问题。
构建Te-MX2异质结纳米结构具有重要的科学意义，二维范德华异质结在新器件构筑中的应用引起了人们极大的兴趣。与传统的键合异质结构相比，二维层状材料表面无悬挂键，表面允许各种材料的生长以形成范德华异质结，而无需晶格匹配和加工兼容性的苛刻要求。此外，界面质量和生产的可扩展性仍然是主要的挑战。
发明内容
针对现有技术Te-MX2异质结纳米结构的界面质量和生产的可扩展性不足的技术问题，本发明提供一种具有增强的非线性光学特性的大面积Te-MX2垂直异质结的制备方法，其中，M为Mo或W，X为S或Se，通过化学/物理气相沉积法可控制备Te-MX2异质结纳米结构，采用这种气相外延生长制备范德华异质结的方法显示出很强的界面耦合，具有相对较高的可控性和灵活性。通过调节生长参数，如温度、前驱体、衬底和载气，可以可控地生长高质量的范德华异质结及其晶圆级样品。制备的Te-MX2异质结纳米结构显著提升了样品的非线性饱和吸收性能，在工艺方面的巨大灵活性、可重复性和可控性，能够进行工业化生产。所得Te-MX2异质结纳米结构在光电子学、非线性光学等领域均表现出优异的性能，且Te-MX2异质结纳米结构在空气中性质稳定，为研究二维范德华异质结材料的光学、电学特性提供了一个理想的实验平台。
为达到上述目的，本发明具有增强的非线性光学特性的大面积Te-MX2垂直异质结的制备方法，其中，M为Mo或W，X为S或Se，包括如下步骤：
(1)准备一片长有MX2的玻璃基底，把石墨垫块放置在基底的两侧，将另一片干净的玻璃片以“面对面”的形式盖在长有MX2的玻璃基底上，形成一个微反应腔，通过控制石墨垫块的高度调控反应腔的空间高度，然后将整个微反应腔放置于管式炉下游端距离中心加热温区20-24cm处；
(2)将碲粉末放在氧化铝舟中置于中心加热温区；
(3)向管式炉的反应腔内通入氩气15-30min进行清洗；
(4)清洗结束后，开启真空泵，通入氩气作为载气，升高管式炉的温度，使碲粉所在温区的温度加热至280-300℃，设置生长时间为15-25分钟，进行大面积Te-MX2垂直异质结纳米结构的生长；
(5)生长结束后，温度自然降至室温，关闭真空泵与氩气，即得到大面积Te-MX2异质结纳米结构，所得Te-MX2异质结纳米薄膜的面积能够高达4*4cm2。
进一步地，步骤(1)中，石墨垫控制干净的玻璃片与长有MX2的玻璃基底相距 1-3mm；以石墨片作为放置整个微反应腔的衬底，以调整微反应腔在管式炉中的位置。
进一步地，所述长有MX2的玻璃基底为长有单层大面积MX2的玻璃基底，制备方法包括如下步骤：
1)将金属钼箔放置在管式炉加热区中心，升高温度至470-490℃，在空气氛围中氧化得到氧化钼箔；或将金属钨箔放置在管式炉加热区中心，升高温度至580-620℃，在空气氛围中氧化得到氧化钨箔；
2)将氧化钼箔或氧化钨箔盖在玻璃基底上放在高温管式炉的加热中心，按照气流由上游至下游的顺序，依次放置装有硫粉或硒粉的氧化铝舟与生长基底，向高温管式炉的反应腔内通入氩气进行清洗；
3)升高管式炉的温度，使硫粉的温度加热至300～320℃或硒粉的温度加热至360～400 ℃、氧化钼箔的温度加热至750℃或氧化钨箔的温度加热至780-800℃，生长时间为10分钟，生长结束后，温度自然降至室温，关闭氩气，即得到长有单层大面积MX2的玻璃基底。
进一步地，在步骤(4)中，载气为30-50sccm的氩气。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)通过气相外延生长方法制备范德华异质结的方法显示出很强的界面耦合，具有相对较高的可控性和灵活性；
2)实验无需催化剂，避免了向产物中引入杂质离子，而且生长基底上也没有杂质产物，不会对后续器件的制备过程和性能产生影响；
3)利用普通玻璃作为生长衬底，实验成本方面有着极大优势。化学/物理气相沉积方法的使用可以实现大面积Te-MX2异质结纳米结构的普适制备；
4)透明玻璃基底上制备得到的Te-MX2异质结纳米结构样品可以直接进行原子力显微镜、扫描电子显微镜等表征，进而可以实现其微观形貌和电子结构的探索；
5)可以直接在玻璃基底上进行大面积Te-MX2异质结纳米结构器件的规模化集成，进行非线性光学、光电探测器的系统探索，避免了因样品转移而引入的杂质残留。
总之，本发明利用低压气相外延生长技术在单层二维MX2表面外延生长一维Te纳米线，形成Te-MX2垂直异质结。Te-MX2垂直异质结展现出优异的非线性光学吸收特性，饱和吸收特性大幅增加，调制深度提升至28.1％以上，在可饱和吸收体、光调制器领域有着广阔的应用前景，能够实现工业化生产。
附图说明
图1为实施例1所对应的化学气相沉积方法制备的MoS2纳米片的光学显微镜表征结果；
图2为实施例1所对应的化学气相沉积方法制备的MoS2纳米片的拉曼表征结果；
图3为实施例1所对应的化学气相沉积方法制备的MoS2纳米片的原子力显微镜表征结果。
图4为实施例2所对应的低压物理气相沉积法制备Te-MoS2异质结纳米结构的光学显微镜表征结果；
图5为实施例2所对应的低压物理气相沉积法制备Te-MoS2异质结纳米结构的拉曼表征结果；
图6为实施例2所对应的低压物理气相沉积法制备Te-MoS2异质结纳米结构的原子力显微镜表征结果。
图7为实施例2所对应的低压物理气相沉积法制备大面积Te-MoS2异质结纳米结构的光学显微镜表征结果；
图8为实施例2所对应的化学气相沉积方法制备的大面积Te-MoS2异质结纳米结构的光学显微镜表征结果；
图9为实施例2所对应的对MoS2、Te、Te-MoS2异质结纳米结构样品进行了开孔z扫描测试的结果；
图10为实施例2所对应的对MoS2-Te异质结纳米结构样品进行不同激光功率开孔z扫描测试的结果。
图11为实施例3所对应的低压物理气相沉积法制备Te-WS2异质结纳米结构的光学显微镜表征结果；
图12为实施例3所对应的低压物理气相沉积法制备Te-WS2异质结纳米结构的拉曼表征结果。
图13为实施例4所对应的低压物理气相沉积法制备Te-MoSe2异质结纳米结构的光学显微镜表征结果；
图14为实施例4所对应的低压物理气相沉积法制备Te-MoSe2异质结纳米结构的拉曼表征结果。
图15为实施例5所对应的低压物理气相沉积法制备Te-WSe2异质结纳米结构的光学显微镜表征结果；
图16为实施例5所对应的低压物理气相沉积法制备Te-WSe2异质结纳米结构的拉曼表征结果。
图17为实施例2所对应的对WS2、Te、Te-WS2异质结纳米结构样品进行了开孔z扫描测试的结果；
图18为实施例2所对应的对MoSe2、Te、Te-MoSe2异质结纳米结构样品进行了开孔z扫描测试的结果；
图19为实施例2所对应的对MoSe2、Te、Te-MoSe2异质结纳米结构样品进行了开孔z扫描测试的结果。
具体实施方式
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅只是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。
下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种大面积Te-MoS2垂直异质结的制备方法，包括如下步骤：
1)用一块整洁的玻璃基底盖在长有大面积MoS2的玻璃基底上，通过放置石墨垫块控制两者间高度形成限域空间，将其放置于管式炉下游端距离中心加热温区22cm处；
长有大面积MoS2的玻璃基底，制备过程如下：(1)将金属钼箔放置在管式炉加热区中心，升高温度至480℃，在空气氛围中氧化得到三氧化钼箔；(2)将氧化后钼箔盖在玻璃基底上放在高温管式炉的加热中心，按照气流由上游至下游的顺序，依次放置装有硫粉的氧化铝舟与生长基底，向高温管式炉的反应腔内通入氩气进行清洗；(3)升高管式炉的温度，使硫粉的温度加热至300℃、氧化钼箔的温度加热至750℃，生长时间为10分钟进行二硫化钼纳米结构的生长，生长结束后，温度自然降至室温，关闭氩气，即得到大面积单层二硫化钼纳米片的玻璃基底；
2)将碲粉末放在氧化铝舟中置于中心加热温区处；
3)向管式炉的反应腔内通入氩气20min进行清洗；
4)清洗结束后，开启真空泵，通入氩气作为载气，升高管式炉的温度，使碲粉所在温区的温度加热至300℃，设置生长时间为20分钟，进行大面积Te-MoS2垂直异质结纳米结构的生长；
5)生长结束后，温度自然降至室温，关闭真空泵与氩气，即可获得大面积Te-MoS2异质结纳米结构。
将二硫化钼纳米片样品进行光学显微镜、拉曼、原子力显微镜，结果如图1～3所示。由光学显微镜表征数据可看出二硫化钼纳米片生长均匀。由拉曼表征数据可看出，样品在 383cm-1和404cm-1附具有明显的特征峰，分别对应二硫化钼E2g 1和A1g两个特征峰。由原子力显微镜数据可看出，二硫化钼厚度约为0.88nm。将所得Te-MoS2异质结纳米结构样品进行光学显微镜、拉曼、原子力显微镜，结果如图4～6所示，由拉曼表征数据可看出，样品在89cm-1、118cm-1和138cm-1附近明显的特征峰，分别对应碲的E1、A1和E2三个特征峰。由原子力显微镜表征数据可看出，碲的厚度均匀约为10nm左右。
实施例2
将实施例1中的在制备Te-MoS2异质结纳米结构时，打开真空泵，低压环境下的气相沉积法可以得到碲纳米线在二硫化钼纳米片上生长的稠密有序，如图7所示；我们也可以实现制备大面积的Te-MoS2异质结纳米结构，如图8所示，4cm*4cm大面积二硫化钼薄膜，大面积Te-MoS2异质结纳米结构如图9所示。我们分别对MoS2、Te、Te-MoS2异质结纳米结构样品进行了开孔z扫描测试，如图10所示，由结果可以看到构建的Te-MoS2异质结纳米结构提升了Te的饱和吸收特性；如图11所示，Te-MoS2异质结纳米结构的透过率随着激光功率的减小而得到提升。
实施例3
将实施例2中的长有MoS2纳米片的样品换成长有WS2纳米片的样品(制备方法同实施例1，不同的是：使硫粉的温度加热至320℃、氧化钨箔的温度加热至780℃，其他制备条件不变，可以制得Te-WS2异质结纳米结构，如图12所示。
实施例4
将实施例2中的长有MoS2纳米片的样品换成长有MoSe2纳米片的样品(制备方法同实施例1，不同的是：使硒粉的温度加热至300℃、氧化钼箔的温度加热至750℃)，其他制备条件不变，可以制得Te-MoSe2异质结纳米结构，如图14所示。
实施例5
将实施例3中的长有MoS2纳米片的样品换成长有WSe2纳米片的样品(制备方法同实施例1，不同的是：使硒粉的温度加热至320℃、氧化钨箔的温度加热至800℃)，可以制得Te-WSe2异质结纳米结构，如图16所示。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种具有增强的非线性光学特性的大面积Te-MX2垂直异质结的制备方法，其中，M为Mo或W，X为S或Se，其特征在于，包括如下步骤：
(1)准备一片长有MX2的玻璃基底，把石墨垫块放置在基底的两侧，将另一片干净的玻璃片以“面对面”的形式盖在长有MX2的玻璃基底上，形成一个微反应腔，通过控制石墨垫块的高度调控反应腔的空间高度，然后将整个微反应腔放置于管式炉下游端距离中心加热温区20-24cm处；
(2)将碲粉末放在氧化铝舟中置于中心加热温区；
(3)向管式炉的反应腔内通入氩气15-30min进行清洗；
(4)清洗结束后，开启真空泵，通入氩气作为载气，升高管式炉的温度，使碲粉所在温区的温度加热至280-300℃，设置生长时间为15-25分钟，进行大面积Te-MX2垂直异质结纳米结构的生长；
(5)生长结束后，温度自然降至室温，关闭真空泵与氩气，即得到大面积Te-MX2异质结纳米结构。
2.根据权利要求1所述的具有增强的非线性光学特性的大面积Te-MX2垂直异质结的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，石墨垫控制干净的玻璃片与长有MX2的玻璃基底相距1-3mm。
3.根据权利要求1所述的具有增强的非线性光学特性的大面积Te-MX2垂直异质结的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，以石墨片作为放置整个微反应腔的衬底，以调整微反应腔在管式炉中的位置。
4.根据权利要求1所述的具有增强的非线性光学特性的大面积Te-MX2垂直异质结的制备方法，其特征在于，所述长有MX2的玻璃基底为长有单层大面积MX2的玻璃基底，制备方法包括如下步骤：
1)将金属钼箔放置在管式炉加热区中心，升高温度至470-490℃，在空气氛围中氧化得到氧化钼箔；或将金属钨箔放置在管式炉加热区中心，升高温度至580-620℃，在空气氛围中氧化得到氧化钨箔；
2)将氧化钼箔或氧化钨箔盖在玻璃基底上放在高温管式炉的加热中心，按照气流由上游至下游的顺序，依次放置装有硫粉或硒粉的氧化铝舟与生长基底，向高温管式炉的反应腔内通入氩气进行清洗；
3)升高管式炉的温度，使硫粉的温度加热至300～320℃或硒粉的温度加热至360～400℃、氧化钼箔的温度加热至750℃或氧化钨箔的温度加热至780-800℃，生长时间为10分钟，生长结束后，温度自然降至室温，关闭氩气，即得到长有单层大面积MX2的玻璃基底。
5.根据权利要求1所述的具有增强的非线性光学特性的大面积Te-MX2垂直异质结的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，载气为30-50sccm的氩气。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211275889.5A CN115652261A (zh) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | 一种具有增强的非线性光学特性的大面积Te-MX2垂直异质结的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211275889.5A CN115652261A (zh) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | 一种具有增强的非线性光学特性的大面积Te-MX2垂直异质结的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115652261A true CN115652261A (zh) | 2023-01-31 |
Family
ID=84989545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211275889.5A Pending CN115652261A (zh) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | 一种具有增强的非线性光学特性的大面积Te-MX2垂直异质结的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115652261A (zh) |
-
2022
- 2022-10-18 CN CN202211275889.5A patent/CN115652261A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Geng et al. | Recent advances in growth of novel 2D materials: beyond graphene and transition metal dichalcogenides | |
| CN108083339B (zh) | 一种制备单层二维过渡金属硫化物材料的方法 | |
| CN107093560B (zh) | 一种碘化铋二维材料、制备及其应用 | |
| CN111620325B (zh) | 一种制备石墨烯纳米带阵列的方法 | |
| CN111146079A (zh) | 一种二维金属-半导体范德华异质结阵列的合成及其应用 | |
| CN108069416B (zh) | 超洁净石墨烯及其制备方法 | |
| CN108423659B (zh) | 一种基于多晶铜箔的毫米级单层单晶石墨烯的制备方法 | |
| KR20120045100A (ko) | 레이저를 이용한 그래핀 특성 향상 방법, 이를 이용한 그래핀 제조방법, 이에 의하여 제조된 그래핀 | |
| CN115652261A (zh) | 一种具有增强的非线性光学特性的大面积Te-MX2垂直异质结的制备方法 | |
| CN115161616B (zh) | 一种大面积双层3r相mx2纳米片的制备方法 | |
| CN108147418B (zh) | 一种平行排列的SiO2纳米线及其制备方法 | |
| KR101683127B1 (ko) | 그래핀을 완충층으로 사용한 게르마늄 단결정 박막의 제조 방법 | |
| CN114975078A (zh) | 一种不同层数WS2-WSe2横向异质结及其制备和应用 | |
| CN110504159B (zh) | 硅衬底上立式GaSb纳米线及其制备方法 | |
| CN114171370A (zh) | 一种相对封闭区域固相法制备石墨烯的方法 | |
| KR101144744B1 (ko) | 나노와이어 밀도를 증대시킬 수 있는 나노와이어 제조 방법 | |
| CN113045213B (zh) | 一种二硫化钼平面同质结的制备方法 | |
| CN114807897B (zh) | 一种1T’MoTe2纳米薄膜的制备方法 | |
| CN115058700B (zh) | 一种二硫化钼薄膜的制备方法及二硫化钼薄膜 | |
| CN114525494B (zh) | 一种实现Bi2O2Se微米梯台的化学气相沉积的制备方法 | |
| CN112850800B (zh) | 一种基于化学气相沉积法制备二维CoS纳米片的方法 | |
| CN115465843B (zh) | 碲纳米带阵列及其制备方法 | |
| CN115216748B (zh) | 碲薄膜的制备方法和半导体器件 | |
| CN114836827A (zh) | 量子点的制备方法 | |
| CN103578934B (zh) | 一种硅基绝缘体上锗衬底结构及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |