阅读说明：本技术 一种大面积薄层二维碲烯的制备方法 (A kind of preparation method of large area thin layer two dimension tellurium alkene ) 是由 郑晶莹 江凡 詹红兵 陈奇俤 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种大面积薄层二维碲烯的制备方法,该制备方法包括以下过程：以碲粉末为碲源,通过将碲粉磨细并取少量以2-4列形式放置在SiO<Sub>2</Sub>/Si基底上,每列间相隔约2-4 mm,在此基底上再覆盖另一SiO<Sub>2</Sub>/Si基底,构建限域生长空间,放置于单温管式炉中,在700-800℃下退火10-40 min,碲蒸发进入气相,大部分停留在限域空间内,直接在基底上实现大面积的生长。该方法制备出来的碲烯薄膜具有生长面积大、厚度薄、较为均匀等优点。(The present invention provides a kind of preparation methods of large area thin layer two dimension tellurium alkene, which includes following procedure: using telloy as tellurium source, by tellurium grinding is thin and take and be placed on SiO in the form of 2-4 column on a small quantity 2 In/Si substrate, about 2-4 mm is separated by between each column, covers another SiO again in this substrate 2 / Si substrate constructs confinement growing space, is placed in single warm tube furnace, and anneal 10-40 min at 700-800 DEG C, and tellurium evaporates into gas phase, largely rests in confinement space, and the growth of large area is realized directly in substrate.The tellurium alkene film that this method prepares has many advantages, such as that growth area is big, thickness is thin, more uniform.)

一种大面积薄层二维碲烯的制备方法

技术领域

本发明属于二维薄层材料的制备领域，具体涉及一种大面积薄层二维碲烯的制备方法。

背景技术

碲烯因具有独特的能带结构与材料特性，近年来成为备受关注的新型二维材料。这一材料能带结构呈现出强烈的层数依赖性，单层碲烯具有间接带隙结构，带隙大小~1eV，而体块碲则具有~0.35 eV的间接带隙。此外，碲还表现出诸多优异的性质，如较高的迁移率与开关比以及良好的光电导率、热电性、非线性光学响应与稳定性等，在传感器、电子器件及催化领域展示出巨大的应用前景。

推进碲烯实用化的关键在于实现大面积二维碲烯薄膜的可控制备。制备碲烯方法主要包括晶体剥离法、溶剂热合成法、物理气相沉积、分子束外延法等，但目前以上方法制备得到的碲烯均存在层数难以控制、横向尺寸较小等问题，因此本发明主要通过改进常规的物理气相沉积法，提出限域空间内沉积的方法，制备得到大面积、层数均一的二维碲烯薄膜。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术方法的不足，以一种新型的限域物理气相沉积方法实现了大面积二维碲烯的制备，该制备工艺简便易实施，获得的碲烯薄膜的面积较大，可达1-3 mm²，适用于电子器件等方面的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种大面积薄层二维碲烯的制备方法，包括以下步骤：

（1）取少量碲粉在研钵中充分研磨

（2）将研磨好的碲粉取少量放置在SiO₂/Si基底上，放置成1-4列，再放置另一片SiO₂/Si基底覆盖于碲粉上；

（3）将步骤（2）中的碲粉/基底承载在清洗好的石英舟中，而后一并放置在管式炉中心温区进行高温退火，进而得到大面积的薄层二维碲烯。

具体步骤如下：

（1）称取0.1 g 碲粉在玛瑙研钵中充分研磨至没有颗粒感；

（2）用硅片刀切割2片SiO₂/Si基底，每片基底大小约1.2×0.8 -1.6×0.8 cm，用氮***喷出的氮气气流清除基底表面颗粒杂质，再依次利用丙酮、乙醇、异丙醇清洗基底表面的有机污染物，称取2-20 mg 步骤（1）中磨好的碲粉，分2-4列放置在基底上，将另一片基底覆盖在放有粉末的基底上；

（3）将石英舟依次在乙醇、去离子水中超声清洗10-15 min，烘干后使用，将步骤（2）中的两片重叠的基底放置在石英舟中，整个石英舟放置在管式炉的中心温区，SiO₂/Si基底对准中心温区的热电偶，整个过程在氩气氛围下进行，氩气流速为100 sccm，通入氩气15 min以排尽管内空气，设置程序为20 ℃/min 升温至700-800 ℃，保温10-40 min，随后自然降温，在300 ℃以下打开炉门，待冷却至70 ℃以下关闭氩气并取出样品。

步骤（2）中相邻两列碲粉间隔约2-4 mm，两片基底抛光面相对放置，上层基底长度略大于下层基底，石英舟上放置的基底对准中心温区的热电偶。

本发明的显著优点在于：

本发明基于物理气相沉积法，利用两片基底相对放置构建空间限域的生长环境，以熔点较低的碲粉为碲源并直接放置在限域空间内，在高于碲熔点的温度下，碲气化时会由于上基片的阻挡而被大部分限制在限域空间内，直接在基底上生长出大面积薄层的二维碲烯。限域空间的构建为碲烯生长创造了更稳定与可控的生长环境，生长室内前驱体浓度提高、流速降低、分布均匀，均有利于制备均匀、结晶性良好的碲烯，制备得到的二维碲烯面积可达1-3mm²，并且，该方法原材料易得，制备工艺简单，有助于推进碲烯的性能与应用研究。

附图说明

图1是所合成的二维碲烯10倍下的光学显微镜图；

图2是所合成的二维碲烯40倍下的光学显微镜图；

图3是图2对应的拉曼光谱图谱；

图4是光学显微镜图像a）及对应的拉曼mapping图像b）；

图5为图4所对应的的位置-拉曼强度三维图像。

具体实施方式

：

本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。

实施例1

取0.1 g碲粉放入玛瑙研钵中，研磨12 min备用，用硅片刀切割SiO₂/Si基底得到1.5×0.8 cm和1.2×0.8 cm两片硅片，取约2 mg 碲粉放在尺寸较小的一片硅片上，分为两列放置，两列间隔3 mm，将1.5×0.8 cm的硅片盖在较小的硅片上，两片硅片抛光面相对，将两片重叠的基底放置在用乙醇、去离子水超声清洗10 min并在烘箱中烘干的石英舟上，将石英舟推入管式炉的管子中，石英舟上的硅片置于中心温区，将管子两端法兰拧紧，保证气路的密封，设置氩气气流量为100 sccm，通入气体15 min以排尽管内空气，在此期间设置炉子升温程序为以20 ℃/min升温至750 ℃，保温25 min，在程序运行结束降温至280 ℃时打开炉门，在70 ℃时关闭氩气，取出样品。

图1为生长后的基底在10倍下的光学显微镜图像，深色部分为生长的碲烯，图1中靠右侧斜向下的浅色部分为基底SiO₂(用镊子刮去表面生长的碲烯，从而裸露出基底)，从图中可以看出该区域横向尺寸约为2.2 mm，实现了大面积的生长。图2为40倍下的光学显微镜图像，由图片可见该区域颜色均匀，说明生长的碲烯薄膜比较均匀。图3为图2中对应的9个区域的拉曼光谱图谱，拉曼峰的峰位在127 cm^-1，141 cm^-1，与文献中报道的125 cm^-1，143cm^-1基本吻合，说明实验合成了碲烯，由9个区域中各点的拉曼图谱可见该物质特征峰的峰强和峰位基本一致，进一步说明了生长的碲烯薄膜均匀性、结晶性较好。图4是光学显微镜图像及其对应的拉曼mapping图像，图4中 b) 的面积范围为100 µm×100 µm,其中浅灰色区域为生长的碲烯，深色区域为基底，从图可以看出浅灰色部分颜色均匀，证实了生长的碲烯薄膜比较均匀。图5为图4位置所对应的三维图像，该图为以碲烯的峰强为基准所得的三维图像，视角为图4中 b)向右旋转45°，横坐标用于标定位置，代表从图4中b)左下角到右上角此方向各位置，图中强度较高的水平区域对应于图4中 a)灰色区域生长的碲烯，强度较低的凹槽底部区域则为基底。从以上图例可以说明通过构建空间限域的生长环境生成了面积大、层数均一、结晶性较好的二维碲烯薄膜。

实施例2

取0.1 g 碲粉放入玛瑙研钵中，研磨15 min备用，用硅片刀切割1.5×0.8 cm和1.2×0.8 cm两片硅片，取约 9 mg 碲粉放在尺寸较小的一片硅片上，分为三列放置，相邻两列间隔3 mm，将1.5×0.8 cm的硅片盖在较小的硅片上，两片硅片抛光面相对，将两片重叠的基底放置在用乙醇、去离子水超声清洗15 min并在烘箱中烘干的石英舟上，将石英舟推入管式炉的管子中，硅片放置在中心温区，将管子两端法兰拧紧，设置氩气气流量为100 sccm，通入气体15 min以排尽管内空气，在此期间设置炉子升温程序为以20 ℃/min升温至750℃，保温25 min，在程序运行结束降温至250 ℃时打开炉门，在40 ℃时关闭氩气，取出样品。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。