CN116463719A - 高介电常数镉磷硫晶体的制备方法、应用及电子器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高介电常数镉磷硫晶体的制备方法、应用及电子器件。该制备方法包括以下步骤：根据镉磷硫晶体对应化学结构式中各组成元素的摩尔比提供镉单质、磷单质和硫单质；镉磷硫晶体的化学结构式为CdPS3。采用化学气相输运法直接生长镉磷硫晶体；或采用化学气相沉积法、物理气相沉积法、金属有机源化学气相沉积法直接在绝缘衬底上生长镉磷硫晶体。上述的高介电常数镉磷硫晶体的制备方法中，以镉单质、磷单质和硫单质为原料，不包含其他元素；至少减少高介电常数镉磷硫晶体中其他元素的含量，提高其纯度，同时高介电常数镉磷硫晶体的颗粒较为完整，粒径较大，且具有较高的相对介电常数。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种高介电常数镉磷硫晶体的制备方法、应用及电子器件。
背景技术
镉磷硫晶体(CdPS晶体)为层状晶体结构，金属Cd离子及表面暴露的S原子易于嵌入交换，因而主要应用于低温燃料电池、质子交换领域。传统技术中多采用利用区熔法、水热法生长CdPS晶体，然而上述方法操作较为复杂，成本较高。而且生长的晶体质量较差，晶体粒径较小，不容易得到大块的晶体。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种高介电常数镉磷硫晶体的制备方法、应用及电子器件，以解决传统方法操作较为复杂，成本较高，而且生长的晶体质量较差，晶体粒径较小，不容易得到大块的晶体的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种高介电常数镉磷硫晶体的制备方法，包括以下步骤：
根据高介电常数镉磷硫晶体对应化学结构式中各组成元素的摩尔比提供镉单质、磷单质和硫单质。高介电常数镉磷硫晶体的化学结构式为CdPS3。
采用化学气相输运法直接生长高介电常数镉磷硫晶体。或采用化学气相沉积法、物理气相沉积法、金属有机源化学气相沉积法直接在绝缘衬底上生长高介电常数镉磷硫晶体。
根据本申请的实施方式，采用化学气相输运法直接生长高介电常数镉磷硫晶体的步骤包括：
镉单质、磷单质、硫单质和输送介质混合密闭在密闭容器中，密闭容器内为真空氛围。
对密闭容器的第一区域和第二区域同时进行加热且均保温1～7天，第一区域的温度为600～650℃，第二区域的温度为550～630℃。第一区域为密闭容器内放置镉单质、磷单质、硫单质和输送介质的区域。第一区域和第二区域的温差为20～70℃。
将密闭容器整体在6h以上的时长内逐渐冷却至200～350℃，再自然冷却。
在密闭容器的温度达到室温时取出内部物质，得到高介电常数镉磷硫晶体。
根据本申请的实施方式，对密闭容器的第一区域和第二区域同时进行加热且均保温72小时，第一区域的温度为630℃，第二区域的温度为600℃。
根据本申请的实施方式，密闭容器经12小时时长冷却使第一区域的温度下降至300℃、第二区域的温度下降至250℃，再自然冷却。
根据本申请的实施方式，对密闭容器的第一区域和第二区域同时进行加热且均保温1～7天的步骤中，
第一区域和第二区域的升温速率分别为10～30℃/min的升温速率升温至对应温度，并进行保温。
根据本申请的实施方式，采用化学气相沉积法直接在绝缘衬底上生长高介电常数镉磷硫晶体的步骤包括：
镉单质、磷单质和硫单质置于管式炉的气流方向的上端。绝缘衬底置于管式炉的气流方向的下端。
在保护气体的氛围下，将管式炉升温至550～650℃，并保持一定时间进行化学气相沉积法，得到高介电常数镉磷硫晶体。
根据本申请的实施方式，管式炉通氩气，以20℃/min的速率升温至550～650℃，并在此温度保持5-20分钟。
根据本申请的实施方式，输送介质为碘、溴及CdCl2。
本发明还公开了上述制备方法得到的高介电常数镉磷硫晶体在电子器件中的应用。
本发明还公开了一种电子器件，包括底电极、顶电极以及上述的制备方法得到的高介电常数镉磷硫晶体，高介电常数镉磷硫晶体设置于底电极和顶电极之间。
上述的高介电常数镉磷硫晶体的制备方法中，以镉单质、磷单质和硫单质为原料，不包含其他元素；配合相应的化学气相输运法、化学气相沉积法、物理气相沉积法、金属有机源化学气相沉积法等方法使得，至少减少高介电常数镉磷硫晶体中其他元素的含量，提高其纯度，同时高介电常数镉磷硫晶体的颗粒较为完整，粒径较大，且具有较高的相对介电常数。
附图说明
图1为本发明的实施例1所制备高介电常数镉磷硫晶体的实物图；
图2为本发明的实施例1所制备高介电常数镉磷硫晶体的拉曼光谱图；
图3为本发明的实施例7所制备高介电常数镉磷硫晶体的示意图；
图4为本发明的实施例7所制备电子器件的CV图；
图5为本发明的实施例7所制备电子器件的介电常数图谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示(诸如上、下……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
为实现上述目的，本发明提供了一种高介电常数镉磷硫晶体的制备方法，包括以下步骤：
S100：根据高介电常数镉磷硫晶体对应化学结构式中各组成元素的摩尔比提供镉单质、磷单质和硫单质。高介电常数镉磷硫晶体的化学结构式为CdPS3。
在步骤S100中，为了进一步使镉单质、磷单质和硫单质镉单质混合均匀，提高反应速率和反应效果。镉单质可以是镉粉，磷单质可以是磷粉，硫单质可以是硫粉。为了描述方便，后续镉单质用镉粉代替，磷单质用磷粉代替，硫单质用硫粉代替。
镉粉、磷粉和硫粉纯度较高。硫粉的纯度较高，示例性地，镉粉可以是纯度为99.999％的铋粉，硫粉可以是纯度99.999％硫粉，磷粉可以是纯度为99.999％的磷粉。高介电常数镉磷硫晶体的化学结构式为CdPS3，即三种元素的摩尔比为Cd：P：S＝1：1：3。
S200：采用化学气相输运法直接生长高介电常数镉磷硫晶体。或采用化学气相沉积法、物理气相沉积法、金属有机源化学气相沉积法直接在绝缘衬底上生长高介电常数镉磷硫晶体。
上述的高介电常数镉磷硫晶体的制备方法中，以镉单质、磷单质和硫单质为原料，不包含其他元素；配合相应的化学气相输运法、化学气相沉积法、物理气相沉积法、金属有机源化学气相沉积法等方法使得，至少减少高介电常数镉磷硫晶体中其他元素的含量，提高其纯度，同时高介电常数镉磷硫晶体的颗粒较为完整，粒径较大，且具有较高的相对介电常数。
在一些实施例中，采用化学气相输运法直接生长高介电常数镉磷硫晶体的步骤包括：
S210：镉粉、磷粉、硫粉和输送介质混合密闭在密闭容器中，密闭容器内为真空氛围。
在该步骤中，可以将镉粉、磷粉、硫粉按照高介电常数镉磷硫晶体中的各元素的比例进行称量。即三者的其摩尔比满足Cd：P：S＝1：1：3。再将三种原料并混合放入容器内，如石英管中，然后加入一定量的输送介质。
再使用真空泵将混有上述物质的石英管抽至真空，如将石英管在内部压强降至2.5pa，利用焰封系统将含有物质的石英管真空密封，形成密闭的容器。
S220：对密闭容器的第一区域和第二区域同时进行加热且均保温1～7天，第一区域的温度为600～650℃，第二区域的温度为550～630℃。第一区域为密闭容器内放置镉粉、磷粉、硫粉和输送介质的区域。第一区域和第二区域的温差为20～70℃。
在该步骤中，密闭容器分区域进行加热，具体可以分为两个区域进行加热，即在第一区域和第二区域同时加热。第一区域和第二区域沿密闭容器的延伸方向分布，如沿石英管的横向分布。第二区域与第一区域间隔分布。其中，第一区域为密闭容器内放置镉粉、磷粉、硫粉和输送介质的区域。
为了便于分区加热，密闭容器可以放置在双温区管式炉(如卧式两区CVT反应炉)进行加热。双温区管式炉包括两个温区，一个高温区和一个低温区。密闭容器放置双温区管式炉中，第一区域位于高温区进行加热，第二区域位于低温区进行加热。
镉粉、磷粉、硫粉(三者可以称为源材料)，在碘蒸汽的带动下在第一温区混合均匀，在第二温区下生成高质量BixTeySz半导体。因此，第一区域也可以称为反应区，第二区域也可以称为生长区。
镉粉、磷粉和硫粉，在碘蒸汽的带动下在高温区混合均匀，在低温区下生成高质量CdPS3晶体。
生长过程中要保证低温区及高温区温差在20～70℃之间，才能有效的输送。高温区和低温区的温差过高会造成晶体不均匀，高温区和低温区的温差过低会使晶体生长周期变长，甚至不生长。因此，将高温区升温至600～650℃、低温区升温至550～630℃。该步骤的保温时间可以是1～2天、2～4天、5～6天、6～7天等。
S230：将密闭容器整体在6h以上的时长内逐渐冷却至200～350℃，再自然冷却。
在降温过程中分为第一阶段和第二阶段。在第一阶段，通过6h以上的时长，如6小时、7小时、20小时、24小时，使温度下降至高温区300℃。该阶段，降温速度较慢，可以避免降温过程中大块晶体发生断裂，形成细小的晶粒。也就是说，降温速度较慢可以保证保温过程中生长的大块晶体的完整性，如此晶粒的体积较大，可以增强晶体的韧性，保证晶体的质量。
具体地，密闭容器整体均冷却至200～350℃，即第一区域和第二区域的温度均在200～350℃的范围内。
示例性地，第一阶段降温后，第一区域的温度和第二区域的温度可以相同，如第一区域的温度降温速度大于第二区域的温度降温速度，使得第一区域的温度和第二区域的温度相同，如均为250℃。
示例性地，第一阶段降温后，第一区域的温度和第二区域的温度不同，如第一区域的温度降温速度与第二区域的温度降温速度相同或相差不大，使得第一区域的温度和第二区域的温度仍旧存在温差，如温差与原先一致，或温差缩小。
如在一些实施例中，将密闭容器整体以0.5～2℃/min的速率冷却至低温区200～250℃，高温区300～350℃，再自然冷却至室温；这有利于生长后晶体应力、缺陷的有效消除。
第二阶段，进行自然冷却。如将高温区(反应区)和低温区(生长区)对应的加热机构关闭。石英管在炉内，随炉一起冷却。在低于300℃下，晶体生长完成，自然冷却可快速降温并能保证晶体的质量不受影响，从而提高高介电常数镉磷硫晶体的生产效率。
S240：在密闭容器的温度达到室温时取出内部物质，得到高介电常数镉磷硫晶体。
在一些实施例中，对密闭容器的第一区域和第二区域同时进行加热且均保温72小时，第一区域的温度为630℃，第二区域的温度为600℃。
在该条件下，物质可以有效的输送，晶体生长效率高。保温时长合适，使得晶体生长质量和制备高介电常数镉磷硫晶体的效率达到较为均衡的状态。
在一些实施例中，密闭容器经12小时时长冷却使第一区域的温度下降至300℃、第二区域的温度下降至250℃，再自然冷却。
在该条件下，既可以保证保温过程中生长的大块晶体的完整性，又可以在相对较短的冷却时长进行冷却从而提高制备高介电常数镉磷硫晶体的效率。
在一些实施例中，对密闭容器的第一区域和第二区域同时进行加热且均保温1～7天的步骤中，
第一区域和第二区域的升温速率分别为10～30℃/min的升温速率升温至对应温度，并进行保温。
在该升温速率的条件下，以保证前驱体有效输运，化学反应充分；升温速率过快，导致小晶粒的生成、晶体缺陷增多；升温速率过慢，晶体的生长速率降低，降低了生长效率。
在一些实施例中，采用化学气相沉积法直接在绝缘衬底上生长高介电常数镉磷硫晶体的步骤包括：
S310：镉粉、磷粉和硫粉置于管式炉的气流方向的上端。在步骤S310中，可以将镉粉、磷粉和硫粉按照高介电常数镉磷硫晶体中的各元素的比例进行称量混合，然后放置在石英舟中。把放置了原料的石英舟放置在反应炉气流的上端。
S320：绝缘衬底置于管式炉的气流方向的下端。
在该步骤中，在反应炉的下端放置绝缘衬底，以备材料生长。
S330：在保护气体的氛围下，将管式炉升温至550～650℃，并保持一定时间进行化学气相沉积法，得到高介电常数镉磷硫晶体。
在步骤S303中，反应炉升温至600～650℃。在该过程中，位于反应炉气流的上端的镉粉、磷粉和硫粉形成相应的气体，随着氩气流动到反应炉的下端，在绝缘衬底上沉积，生长形成高介电常数镉磷硫晶体。可以在生长结束后，将反应炉自然冷却至室温，再取出高介电常数镉磷硫晶体。经历以上步骤制备得到的CdPS3材料为白色片状晶体。
在一些实施例中，管式炉通氩气，以20℃/min的速率升温至550～650℃，并在此温度保持5-20分钟。
升温过慢或者过快以及反应炉温度高低沉积出来的产物数量和形态都会不一样，例如高介电常数镉磷硫晶体为纳米线状态，纳米线过粗/过细或者数量太少等，样品均匀性降低，直接影响了其电子能带结构，势必会影响性能。因此，选择以20℃/min的速率升温至550～650℃，并在此温度保持xx分钟。
在一些实施例中，输送介质为碘、溴及CdCl2。
在一些实施例中，输送介质为碘，碘根据密闭容器的体积以5mg/cm3的比例加入。
本发明还公开了上述制备方法得到的高介电常数镉磷硫晶体在电子器件中的应用。
目前，镉磷硫晶体CdPS3主要应用在低温燃料电池、质子交换等领域，尚未发现镉磷硫晶体CdPS3在电子器件中应用。
申请人猜测有可能传统方法制备的镉磷硫晶体CdPS3限制了其在电子器件中应用。传统方法制备的镉磷硫晶体CdPS3，晶体粒径较小，不容易得到大块的晶体，而且纯度相对低一些。而晶体的结晶形态对于材料介电性能具有重要的影响，纯度越高，本征性质越好。因此，可能导致传统方法制备的镉磷硫晶体CdPS3的介电性能。因此，故而这两方面原因使得传统方法制备的镉磷硫晶体CdPS3未应用在电子器件中。
上述制备方法得到的高介电常数镉磷硫晶体的完整性较好，晶粒的体积较大，晶体的韧性好，纯度高，晶体的质量好。克服了传统方法制备的镉磷硫晶体CdPS3在电子器件中的缺陷，可以较好应用于在电子器件中。
本发明还公开了一种电子器件，如电容器件，参见图3，该电容器件包括底电极、顶电极以及上述的制备方法得到的高介电常数镉磷硫晶体，高介电常数镉磷硫晶体设置于底电极和顶电极之间。底电极和顶电极为导体，如石墨烯。二者相对设置于高介电常数镉磷硫晶体两侧，并分别与高介电常数镉磷硫晶体连接。
实施例1：采用化学气相输运直接生长高介电常数镉磷硫晶体。
采用化学气相输运方法制备了CdPS3晶体，其具体的制备方法如下：
步骤a，将镉粉、磷粉、硫粉和输送介质混合密闭在石英管中，石英管内为真空氛围。
其中，镉粉为纯度99.999％的镉粉，硫粉为纯度99.999％硫粉，磷粉为纯度为99.999％的磷粉。将镉粉、磷粉和硫粉按照高介电常数镉磷硫晶体中摩尔比为Cd：P：S＝1：1：3的比例将总量为1克的材料混合置入石英管中，将高纯I2粉末按照5mg/cm3的比例装入石英管。
再将利用真空泵和焰封系统，将石英管在内部压强降至2.5pa并利用焰封系统密封。
步骤b，将密封后的石英管置于卧室两区CVT反应炉中，缓慢加热，使高温区(反应区)的温度升至630℃，低温区(生长区)的温度升至600℃，并在此温度下保持72小时。
完成后通过720min使温度下降至高温区300℃，低温区250℃，而后自然冷却至室温。
步骤c、待石英管的温度达到室温时取出样品，得到高介电常数镉磷硫晶体CdPS3。
实施例2：采用化学气相输运直接生长高介电常数镉磷硫晶体。
采用化学气相输运方法制备了CdPS3晶体，其具体的制备方法如下：
步骤a，将镉粉、磷粉、硫粉和输送介质混合密闭在石英管中，石英管内为真空氛围。
其中，镉粉为纯度99.999％的镉粉，硫粉为纯度99.999％硫粉，磷粉为纯度为99.999％的磷粉。将镉粉、磷粉和硫粉按照高介电常数镉磷硫晶体中摩尔比为Cd：P：S＝1：1：3的比例将总量为1克的材料混合置入石英管中，将高纯I2粉末按照5mg/cm3的比例装入石英管。
再将利用真空泵和焰封系统，将石英管在内部压强降至2.5pa并利用焰封系统密封。
步骤b，将密封后的石英管置于卧室两区CVT反应炉中，缓慢加热，使高温区(反应区)的温度升至600℃，低温区(生长区)的温度升至580℃，并在此温度下保持72小时。
完成后通过720min使温度下降至高温区300℃，低温区250℃，而后自然冷却至室温。
步骤c、待石英管的温度达到室温时取出样品，得到高介电常数镉磷硫晶体CdPS3。
实施例3：采用化学气相输运直接生长高介电常数镉磷硫晶体。
采用化学气相输运方法制备了CdPS3晶体，其具体的制备方法如下：
步骤a，将镉粉、磷粉、硫粉和输送介质混合密闭在石英管中，石英管内为真空氛围。
其中，镉粉为纯度99.999％的镉粉，硫粉为纯度99.999％硫粉，磷粉为纯度为99.999％的磷粉。将镉粉、磷粉和硫粉按照高介电常数镉磷硫晶体中摩尔比为Cd：P：S＝1：1：3的比例将总量为1克的材料混合置入石英管中，将高纯I2粉末按照5mg/cm3的比例装入石英管。
再将利用真空泵和焰封系统，将石英管在内部压强降至2.5pa并利用焰封系统密封。
步骤b，将密封后的石英管置于卧室两区CVT反应炉中，缓慢加热，使高温区(反应区)的温度升至610℃，低温区(生长区)的温度升至550℃，并在此温度下保持24小时。
完成后通过360min使温度下降至高温区320℃，低温区240℃，而后自然冷却至室温。
步骤c、待石英管的温度达到室温时取出样品，得到高介电常数镉磷硫晶体CdPS3。
实施例4：采用化学气相输运直接生长高介电常数镉磷硫晶体。
采用化学气相输运方法制备了CdPS3晶体，其具体的制备方法如下：
步骤a，将镉粉、磷粉、硫粉和输送介质混合密闭在石英管中，石英管内为真空氛围。
其中，镉粉为纯度99.999％的镉粉，硫粉为纯度99.999％硫粉，磷粉为纯度为99.999％的磷粉。将镉粉、磷粉和硫粉按照高介电常数镉磷硫晶体中摩尔比为Cd：P：S＝1：1：3的比例将总量为1克的材料混合置入石英管中，将高纯I2粉末按照5mg/cm3的比例装入石英管。
再将利用真空泵和焰封系统，将石英管在内部压强降至2.5pa并利用焰封系统密封。
步骤b，将密封后的石英管置于卧室两区CVT反应炉中，缓慢加热，使高温区(反应区)的温度升至650℃，低温区(生长区)的温度升至630℃，并在此温度下保持168小时。
完成后通过1440min使温度下降至高温区320℃，低温区240℃，而后自然冷却至室温。
步骤c、待石英管的温度达到室温时取出样品，得到高介电常数镉磷硫晶体CdPS3。
实施例5：采用化学气相输运直接生长高介电常数镉磷硫晶体。
采用化学气相输运方法制备了CdPS3晶体，其具体的制备方法如下：
步骤a，将镉粉、磷粉、硫粉和输送介质混合密闭在石英管中，石英管内为真空氛围。
其中，镉粉为纯度99.999％的镉粉，硫粉为纯度99.999％硫粉，磷粉为纯度为99.999％的磷粉。将镉粉、磷粉和硫粉按照高介电常数镉磷硫晶体中摩尔比为Cd：P：S＝1：1：3的比例将总量为1克的材料混合置入石英管中，将高纯I2粉末按照5mg/cm3的比例装入石英管。
再将利用真空泵和焰封系统，将石英管在内部压强降至2.5pa并利用焰封系统密封。
步骤b，将密封后的石英管置于卧室两区CVT反应炉中，缓慢加热，使高温区(反应区)的温度升至650℃，低温区(生长区)的温度升至580℃，并在此温度下保持72小时。
完成后通过700min使温度下降至高温区300℃，低温区250℃，而后自然冷却至室温。
步骤c、待石英管的温度达到室温时取出样品，得到高介电常数镉磷硫晶体CdPS3。
实施例6：采用化学气相输运直接生长高介电常数镉磷硫晶体。
采用化学气相输运方法制备了CdPS3晶体，其具体的制备方法如下：
步骤a，将镉粉、磷粉、硫粉和输送介质混合密闭在石英管中，石英管内为真空氛围。
其中，镉粉为纯度99.999％的镉粉，硫粉为纯度99.999％硫粉，磷粉为纯度为99.999％的磷粉。将镉粉、磷粉和硫粉按照高介电常数镉磷硫晶体中摩尔比为Cd：P：S＝1：1：3的比例将总量为1克的材料混合置入石英管中，将高纯I2粉末按照5mg/cm3的比例装入石英管。
再将利用真空泵和焰封系统，将石英管在内部压强降至2.5pa并利用焰封系统密封。
步骤b，将密封后的石英管置于卧室两区CVT反应炉中，缓慢加热，使高温区(反应区)的温度升至630℃，低温区(生长区)的温度升至580℃，并在此温度下保持70小时。
完成后通过720min使温度下降至高温区300℃，低温区240℃，而后自然冷却至室温。
步骤c、待石英管的温度达到室温时取出样品，得到高介电常数镉磷硫晶体CdPS3。
测试例1
取实施例1的高介电常数镉磷硫晶体CdPS3，如图1所示，其尺寸约为3厘米。可见该高介电常数镉磷硫晶体CdPS3完整性较好，晶粒的粒径较大。
将实施例1的高介电常数镉磷硫晶体CdPS3通过机械剥离的方法，剥离到Si/SiO2衬底上，放置于raman光谱仪下，利用500倍显微镜观察并测试数据；测试参数为，激光器功率为2mW，采用时间为10s，采样范围为50-500cm-1。测试结果如图2所示。
可见，实施例1的高介电常数镉磷硫晶体CdPS3的纯度较高。
实施例7：电容器件
首先制作了基于CdPS3的电容器件，电极为石墨烯；通过机械剥离的方法在Si/SiO2衬底上制备石墨烯作为底电极。参见图3，通过干法转移的方法将实施例1的高介电常数镉磷硫晶体CdPS3转移到石墨烯上，然后再通过干法转移的方法将另一块石墨烯转移到CdPS3晶体的顶部作为顶电极。
测试例2
利用B1500A测试实施例7的电容器件在不同的频率下的CV特性，结果如图4，通过数据提取，得到图5的数据，可以得到最大相对介电常数约为226。可见，实施例1的高介电常数镉磷硫晶体CdPS3的介电常数较高，并且相应的电容器件的性能优秀。
本发明的上述技术方案中，以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种高介电常数镉磷硫晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据所述高介电常数镉磷硫晶体对应化学结构式中各组成元素的摩尔比提供镉单质、磷单质和硫单质；所述高介电常数镉磷硫晶体的化学结构式为CdPS3；
采用化学气相输运法直接生长高介电常数镉磷硫晶体；或采用化学气相沉积法、物理气相沉积法、金属有机源化学气相沉积法直接在绝缘衬底上生长高介电常数镉磷硫晶体。
2.根据权利要求1所述的高介电常数镉磷硫晶体的制备方法，其特征在于，所述采用化学气相输运法直接生长高介电常数镉磷硫晶体的步骤包括：
所述镉单质、所述磷单质、所述硫单质和输送介质混合密闭在密闭容器中，所述密闭容器内为真空氛围；
对所述密闭容器的第一区域和第二区域同时进行加热且均保温1～7天，所述第一区域的温度为600～650℃，所述第二区域的温度为550～630℃；所述第一区域为所述密闭容器内放置所述镉单质、所述磷单质、所述硫单质和所述输送介质的区域；所述第一区域和所述第二区域的温差为20～70℃；
将所述密闭容器整体在6h以上的时长内逐渐冷却至200～350℃，再自然冷却；
在所述密闭容器的温度达到室温时取出内部物质，得到所述高介电常数镉磷硫晶体。
3.根据权利要求2所述的高介电常数镉磷硫晶体的制备方法，其特征在于，对所述密闭容器的第一区域和第二区域同时进行加热且均保温72小时，所述第一区域的温度为630℃，所述第二区域的温度为600℃。
4.根据权利要求3所述的高介电常数镉磷硫晶体的制备方法，其特征在于，所述密闭容器经12小时时长冷却使第一区域的温度下降至300℃、第二区域的温度下降至250℃，再自然冷却。
5.根据权利要求2所述的高介电常数镉磷硫晶体的制备方法，其特征在于，所述对所述密闭容器的第一区域和第二区域同时进行加热且均保温1～7天的步骤中，
所述第一区域和所述第二区域的升温速率分别为10～30℃/min的升温速率升温至对应温度，并进行保温。
6.根据权利要求1所述的高介电常数镉磷硫晶体的制备方法，其特征在于，所述采用化学气相沉积法直接在绝缘衬底上生长所述高介电常数镉磷硫晶体的步骤包括：
所述镉单质、所述磷单质和所述硫单质置于管式炉的气流方向的上端；所述绝缘衬底置于所述管式炉的气流方向的下端；
在保护气体的氛围下，将所述管式炉升温至550～650℃，并保持一定时间进行化学气相沉积法，得到高介电常数镉磷硫晶体。
7.根据权利要求6所述的高介电常数镉磷硫晶体的制备方法，其特征在于，所述管式炉通氩气，以20℃/min的速率升温至550～650℃，并在此温度保持5-20分钟。
8.根据权利要求2～5中任一项所述的高介电常数镉磷硫晶体的制备方法，其特征在于，所述输送介质为碘、溴及CdCl2。
9.一种权利要求1～8中任一项所述的制备方法得到的高介电常数镉磷硫晶体在电子器件中的应用。
10.一种电子器件，其特征在于，包括底电极、顶电极以及权利要求1～8中任一项所述的制备方法得到的高介电常数镉磷硫晶体，所述高介电常数镉磷硫晶体设置于所述底电极和所述顶电极之间。
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