CN119663433B - 一种2h相半导体二硫化铂单晶及其制备方法 - Google Patents

一种2h相半导体二硫化铂单晶及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN119663433B
CN119663433B CN202510193748.6A CN202510193748A CN119663433B CN 119663433 B CN119663433 B CN 119663433B CN 202510193748 A CN202510193748 A CN 202510193748A CN 119663433 B CN119663433 B CN 119663433B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
source mixture
growth substrate
heating
temperature zone
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.)
Active
Application number
CN202510193748.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN119663433A (zh
Inventor
刘冰
刘超晖
马静
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ji Hua Laboratory
Original Assignee
Ji Hua Laboratory
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ji Hua Laboratory filed Critical Ji Hua Laboratory
Priority to CN202510193748.6A priority Critical patent/CN119663433B/zh
Publication of CN119663433A publication Critical patent/CN119663433A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN119663433B publication Critical patent/CN119663433B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/46—Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明属于二维薄膜材料生长技术领域，公开了一种2H相半导体二硫化铂单晶及其制备方法。该方法包括步骤：向Pt基化合物滴加金属卤化物水溶液，混合后加热烘干得到Pt源混合物；将预处理后的生长基底倒扣于Pt源混合物上方，置于石英管内部的高温区；将硫磺粉末置于上游石英管内部的低温区，在混合气氛中，硫磺粉末受热挥发出的S蒸气向管式炉高温区进行扩散，与高温区中Pt源混合物挥发产生的Pt蒸气发生化学反应，在生长基底下表面沉积生成2H相PtS2单晶；或将ZnS粉末同样置于高温区，在惰性气体气氛中，ZnS粉末分解出的S蒸气与Pt源混合物挥发产生的Pt蒸气发生化学反应，在生长基底下表面沉积生成2H相PtS2单晶。

Description

一种2H相半导体二硫化铂单晶及其制备方法
技术领域
本发明属于二维薄膜材料生长技术领域，特别涉及一种2H相半导体二硫化铂单晶及其制备方法。
背景技术
二维二硫化铂（PtS2）作为贵金属硫属化合物的一员，是一种新兴的窄带隙半导体薄膜材料，具有一系列独特的物理性质，比如高度的层数依赖型带隙，从单层时~1.68 eV带隙转变为块体时~ 0.25 eV带隙，其在红外光电探测等领域具有重要应用前景。二维PtS2具有不同的晶相，包括1T、2H等。可控合成具有固定晶相的PtS2单晶，对于进一步研究其电子性质和潜在的应用具有重要意义。
目前，制备二维PtS2的方法主要是热辅助转换法（TAC）和化学气相沉积法（CVD）。TAC方法的原理是在生长基底上预先沉积一定厚度的Pt金属薄膜，然后在高温下，利用硫蒸气将Pt金属薄膜硫化成PtS2，该方法只能获得PtS2连续薄膜，存在薄膜层数较多、晶粒尺寸小、晶相不可控等缺点。采用CVD方法合成PtS2时，虽然在层数控制等方面有所改进，但是目前所获得的PtS2以1T相为主，且相关CVD研究较少。因此，现有生长技术仍需进一步改进，以获得晶相可控的2H相半导体PtS2单晶。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种2H相半导体PtS2单晶。
本发明的另一目的在于提供一种上述2H相半导体PtS2单晶的制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种2H相半导体PtS2单晶的制备方法，包括以下操作步骤：
（1）向Pt基化合物滴加金属卤化物水溶液，控制Pt基化合物和金属卤化物的质量比为0.5~2:1，充分混合之后加热烘干，得到Pt源混合物；
（2）将预处理后的干净生长基底倒扣于Pt源混合物上方，生长基底和Pt源混合物的垂直距离控制在0.2~1.0 cm，两者置于管式炉加热区，即石英管内部的高温区；
（3）设置高温区的加热温度为850~950℃；然后将硫磺粉末置于上游石英管内部，即低温区，独立控温加热，加热温度为160~220℃；在惰性气体与氢气的混合气氛中，控制气体流速为80~120 s.c.c.m，低温区中硫磺粉末受热挥发出的S蒸气向高温区进行扩散，在850~950℃的生长温度和200~780 Torr的生长压力下，到达高温区的S蒸气与高温区中Pt源混合物受热挥发出来的Pt蒸气发生化学反应，并在生长基底下表面沉积生成2H相PtS2单晶；
或者设置高温区的加热温度为700~900℃；然后将ZnS粉末同样置于高温区，靠近Pt源混合物；在惰性气体气氛中，控制气体流速为20~200 s.c.c.m，在700~900℃的生长温度和0.5~1.5 Torr的生长压力下，ZnS粉末受热分解出的S蒸气与Pt源混合物受热挥发出来的Pt蒸气发生化学反应，并在生长基底下表面沉积生成2H相PtS2单晶。
步骤（1）所述Pt基化合物为二氯化铂、四氯化铂、氯铂酸、氯铂酸钾或氯铂酸钠水合物。
步骤（1）所述金属卤化物所含金属元素为Na或K，所含卤素为F、Cl、Br或I。
步骤（2）所述生长基底为SiO2/Si、蓝宝石、云母片或石英片；所述预处理是采用氧气等离子体处理或者采用食人鱼溶液处理（浓硫酸：双氧水= 7:3）。
步骤（3）所述惰性气体为氮气或氩气；所述混合气氛中氢气的体积分数为5%~25%。
步骤（3）所述独立控温加热是在低温区所在的石英管的外表面采用外接加热带进行加热。
一种由上述制备方法制备得到的2H相半导体PtS2单晶，晶相可控，具有规则的四边形形状，边长约为10μm，为典型的2H相。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
（1）本发明中2H相半导体PtS2单晶的制备方法，过程简单，结果重复性高，所得单晶形状标准，不再是层数较多、晶粒尺寸较小的多晶连续薄膜；
（2）本发明中2H相半导体PtS2单晶的制备方法，能够可控获得晶相可控的2H相半导体PtS2；
（3）本发明中2H相半导体PtS2单晶的制备方法，既能以硫磺为S蒸气源，采用“低温区+高温区”的双温区方法来生长PtS2，又能以ZnS为S蒸气源，只采用单一高温区的单温区方法来生长PtS2，生长方法具有较多的选择性。
附图说明
图1为采用硫磺粉末为S蒸气源时，本发明2H相PtS2单晶生长系统示意图，其中1为石英管、2为管式炉加热区（即石英管内部的高温区）、3为生长基底、4为2H相PtS2单晶、5为Pt源混合物、6为硫磺粉末、7为低温加热区。
图2为采用ZnS粉末为S蒸气源时，本发明2H相PtS2单晶生长系统示意图，其中1为石英管、2为管式炉加热区（即石英管内部的高温区）、3为生长基底、4为2H相PtS2单晶、5为Pt源混合物、8为ZnS粉末。
图3为实施例1所生长的2H相PtS2单晶的光学显微镜图。
图4为实施例1所生长的2H相PtS2单晶的拉曼光谱图。
图5为实施例2所生长的2H相PtS2单晶的光学显微镜图。
图6为实施例2所生长的2H相PtS2单晶的拉曼光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。
以下实施例中的一种2H相半导体PtS2单晶及其制备方法，包括以下步骤：
（1）向Pt基化合物滴加金属卤化物水溶液，控制Pt基化合物和金属卤化物的质量比为0.5~2:1，充分混合之后加热烘干，得到Pt源混合物；其中，所述Pt基化合物为二氯化铂、四氯化铂、氯铂酸、氯铂酸钾或氯铂酸钠水合物；所述金属卤化物所含金属元素为Na或K，所含卤素为F、Cl、Br或I；
在此步骤中，所述金属卤化物有利于提高Pt源前驱体的蒸汽浓度，加快PtS2单晶生长速度、增大单晶尺寸。
（2）将预处理后的干净生长基底倒扣于Pt源混合物上方，生长基底和Pt源混合物的垂直距离控制在0.2~1.0 cm，两者置于管式炉加热区，即为石英管内部的高温区；其中，所述生长基底为SiO2/Si、蓝宝石、云母片或石英片；所述预处理是以氧气等离子体处理或者食人鱼溶液（体积比7:3的浓硫酸和双氧水混合溶液）处理。
（3）设置高温区的加热温度为850~950℃；然后将硫磺粉末置于上游石英管内部，即低温区，独立控温加热，加热温度为160~220℃；在惰性气体与氢气的混合气氛中，控制气体流速为80~120 s.c.c.m，低温区中硫磺粉末受热挥发出的S蒸气向高温区进行扩散，在850~950℃的生长温度（即高温区的加热温度）和200~780 Torr的生长压力下，到达高温区的S蒸气与高温区中Pt源混合物受热挥发出来的Pt蒸气发生化学反应，并在生长基底下表面沉积生成2H相PtS2单晶；所述惰性气体为氮气或氩气；所述混合气氛中氢气的体积分数为5%~25%。在此步骤中，低温区采用外接加热带独立控温加热。
或者设置高温区的加热温度为700~900℃；然后将ZnS粉末同样置于高温区，靠近Pt源混合物；在惰性气体气氛中，控制气体流速为20~200 s.c.c.m，在700~900℃的生长温度（即高温区的加热温度）和0.5~1.5 Torr的生长压力下，ZnS粉末受热分解出的S蒸气与Pt源混合物受热挥发出来的Pt蒸气发生化学反应，并在生长基底下表面沉积生成2H相PtS2单晶；所述惰性气体为氮气或氩气；在此步骤中，ZnS粉末与Pt源混合物都放置于管式炉加热区（即石英管内部的高温区），避免了上游到下游的硫蒸气扩散过程而导致的浓度梯度，有利于提高PtS2的生长可控性与可重复性。
以下通过具体实施例结合附图对本发明做进一步说明。
实施例1：
一种2H相半导体PtS2单晶及其制备方法，包括以下步骤：
（1）向放置于陶瓷舟的10 mg PtCl2粉末中滴加50μL的0.1 mg/μL NaCl溶液，控制PtCl2和NaCl的质量比为2:1，充分混合之后在100℃下烘干得到Pt源混合物。
（2）然后将经过氧气等离子体处理后（50 W，30 s.c.c.m O2，5 min）的SiO2/Si生长基底，倒扣于Pt源混合物上方，使两者的垂直距离为1.0 cm，然后将陶瓷舟连同上方的SiO2/Si生长基底置于管式炉加热区，即石英管内部的高温区，高温区的加热温度设置为850℃。
（3）将硫磺粉末（50 mg）置于上游石英管内部，即低温区，独立控温加热，加热温度为200℃；在85 s.c.c.m氩气与15 s.c.c.m氢气的混合气氛中，低温区中硫磺粉末受热挥发出的S蒸气向高温区进行扩散，在850℃的生长温度（即高温区的加热温度）和750 Torr的生长压力下，到达高温区的S蒸气与高温区中Pt源混合物受热挥发出来的Pt蒸气发生化学反应，并在SiO2/Si生长基底下表面沉积生成2H相PtS2单晶。
本实施例制备方法利用的生长系统示意图如图1所示，其中1为石英管、2为管式炉加热区（即石英管内部的高温区）、3为生长基底、4为2H相PtS2单晶、5为Pt源混合物、6为硫磺粉末、7为低温加热区。
本实施例制备得到的2H相PtS2单晶在光学显微镜下，不同于传统过渡金属硫属化合物（比如MoS2）常见的六边形或者三角形形状，这些单晶呈现规则的四边形形状（图3），该形状为2H相PtS2单晶沿着a轴方向的典型形貌特征。此外，在PtS2拉曼光谱中，302 cm-1处的峰为PtS2的E1g特征峰（图4），表明这些晶体是2H相PtS2单晶。
实施例2：
一种2H相半导体PtS2单晶及其制备方法，包括以下步骤：
（1）向放置于陶瓷舟的10 mg PtCl2粉末中滴加50μL的0.1 mg/μL NaCl溶液，控制PtCl2和NaCl的质量比为2:1，充分混合之后在100℃下烘干得到Pt源混合物。
（2）然后将经过氧气等离子体处理后（50 W，30 s.c.c.m O2，5 min）的SiO2/Si生长基底，倒扣于Pt源混合物上方，使两者的垂直距离为1.0 cm，然后将陶瓷舟连同上方的SiO2/Si生长基底置于管式炉加热区，即石英管内部的高温区，高温区的加热温度设置为780℃。
（3）将ZnS粉末（50 mg）同样置于高温区，靠近Pt源混合物；在100 s.c.c.m氩气惰性气体气氛中，在780℃的生长温度（即高温区的加热温度）和1 Torr的生长压力下， ZnS粉末受热分解出的S蒸气与Pt源混合物受热挥发出来的Pt蒸气发生化学反应，并在生长基底下表面沉积生成2H相PtS2单晶。
本实施例制备方法利用的生长系统示意图如图2所示，其中1为石英管、2为管式炉加热区（即石英管内部的高温区）、3为生长基底、4为2H相PtS2单晶、5为Pt源混合物、8为ZnS粉末。
本实施例制备得到的2H相PtS2单晶在光学显微镜下，不同于传统过渡金属硫属化合物（比如MoS2）常见的六边形或者三角形形状，这些单晶呈现规则的四边形形状（图5），该形状为2H相PtS2单晶沿着a轴方向的典型形貌特征。此外，在PtS2拉曼光谱中，302 cm-1处的峰为PtS2的E1g特征峰（图6），表明这些晶体是2H相PtS2单晶。
上述实施例为本发明较为合适的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种2H相半导体二硫化铂单晶的制备方法，其特征在于：包括以下操作步骤：
（1）向Pt基化合物滴加金属卤化物水溶液，控制Pt基化合物和金属卤化物的质量比为0.5~2:1，充分混合之后加热烘干，得到Pt源混合物；
所述Pt基化合物为二氯化铂、四氯化铂、氯铂酸、氯铂酸钾或氯铂酸钠水合物；
所述金属卤化物所含金属元素为Na或K，所含卤素为F、Cl、Br或I；
（2）将预处理后的干净生长基底倒扣于Pt源混合物上方，生长基底和Pt源混合物的垂直距离控制在0.2~1.0 cm，两者置于管式炉加热区，即石英管内部的高温区；
（3）设置高温区的加热温度为850~950℃；然后将硫磺粉末置于上游石英管内部，即低温区，独立控温加热，加热温度为160~220℃；在惰性气体与氢气的混合气氛中，控制气体流速为80~120 s.c.c.m，低温区中硫磺粉末受热挥发出的S蒸气向高温区进行扩散，在850~950℃的生长温度和200~780 Torr的生长压力下，到达高温区的S蒸气与高温区中Pt源混合物受热挥发出来的Pt蒸气发生化学反应，并在生长基底下表面沉积生成2H相PtS2单晶；
或者设置高温区的加热温度为700~900℃；然后将ZnS粉末同样置于高温区，靠近Pt源混合物；在惰性气体气氛中，控制气体流速为20~200 s.c.c.m，在700~900℃的生长温度和0.5~1.5 Torr的生长压力下， 高温区中ZnS粉末受热分解出的S蒸气与高温区中Pt源混合物受热挥发出来的Pt蒸气发生化学反应，并在生长基底下表面沉积生成2H相PtS2单晶。
2.根据权利要求1所述的一种2H相半导体二硫化铂单晶的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述生长基底为SiO2/Si、蓝宝石、云母片或石英片，所述预处理是采用氧气等离子体处理或者采用食人鱼溶液处理。
3.根据权利要求1所述的一种2H相半导体二硫化铂单晶的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述惰性气体为氮气或氩气，所述混合气氛中H2的体积分数为5%~25%。
4.一种由权利要求1~3任一项所述的制备方法制备得到的2H相半导体二硫化铂单晶。
CN202510193748.6A 2025-02-21 2025-02-21 一种2h相半导体二硫化铂单晶及其制备方法 Active CN119663433B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202510193748.6A CN119663433B (zh) 2025-02-21 2025-02-21 一种2h相半导体二硫化铂单晶及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202510193748.6A CN119663433B (zh) 2025-02-21 2025-02-21 一种2h相半导体二硫化铂单晶及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN119663433A CN119663433A (zh) 2025-03-21
CN119663433B true CN119663433B (zh) 2025-04-18

Family

ID=95000738

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202510193748.6A Active CN119663433B (zh) 2025-02-21 2025-02-21 一种2h相半导体二硫化铂单晶及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN119663433B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109824098A (zh) * 2019-04-11 2019-05-31 国家纳米科学中心 一种过渡金属硫族化合物薄膜及其制备方法和用途
KR20240126605A (ko) * 2023-02-14 2024-08-21 한국화학연구원 중적외선 검출을 위한 고성능 광센서의 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109824098A (zh) * 2019-04-11 2019-05-31 国家纳米科学中心 一种过渡金属硫族化合物薄膜及其制备方法和用途
KR20240126605A (ko) * 2023-02-14 2024-08-21 한국화학연구원 중적외선 검출을 위한 고성능 광센서의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN119663433A (zh) 2025-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108546994B (zh) 一种二维三硒化二铟原子晶体及其制备方法和用途
CN102020263B (zh) 一种合成石墨烯薄膜材料的方法
CN109809372A (zh) 一种基于空间限域策略制备单层二硒化钨纳米带的方法
JPS6345371A (ja) 堆積膜形成法
CN112663144B (zh) 二维In2S3/SnS异质结晶体材料的制备方法
WO2016149934A1 (zh) 石墨烯的生长方法
CN110616414B (zh) 一种制备二维BiOBr薄膜的方法
CN112853290A (zh) 一种大面积二硫化钼薄膜的制备方法
CN113930743A (zh) 一种常压下生长两层二硫化钨薄层的方法
CN111304747A (zh) 一种非层状二维PbSe晶体材料及其制备方法
CN110980659A (zh) 一种采用新原料生长二碲化钨及制备方法
CN115156524B (zh) 一种异位成核的双层MoS2纳米片及其制备方法
CN111268656A (zh) 氮化硼纳米管的制备方法
CN119663433B (zh) 一种2h相半导体二硫化铂单晶及其制备方法
CN109881246A (zh) 一种大尺寸单晶β-氧化镓纳米带的制备方法
CN115354385B (zh) 一种单晶畴、多晶畴石墨烯及其制备方法
CN117127256A (zh) 一种铋基氧硒化物及其利用化学气相沉积生长的方法与应用
CN113278949B (zh) 一种单层硫硒化钼合金组份可调的制备方法
CN109504951B (zh) 一种生长混合相锌镁氧三元氧化物纳米线网的方法
JP6800185B2 (ja) グラフェンの境界制御方法
CN113735160A (zh) 一种利用Sn纳米线作为模板引导生长CdS分支结构及其催化生长方法和应用
CN114368729A (zh) 一种定向生长的GeSe2纳米线及其制备方法
CN115341276B (zh) 一种r-GeO2薄膜单晶及其生长方法
CN112938946A (zh) 一种石墨烯的制备方法
CN111041449B (zh) 一种特定形貌二硫化钨的制备方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant