到的二维GaSe阵列的光学显微镜图像。高纯氩气流量为100标准立方厘米每分钟，体系压强均为2.7千帕。
[0085]图11是在550摄氏度到650摄氏度进行5分钟至2小时生长得到的二维SnSe阵列的光学显微镜图像。高纯氩气流量为100标准立方厘米每分钟，体系压强均为6.7千帕。
[0086]图12是图5中所示的扮#63阵列的原子力显微镜图像及其高度图，展示了该方法得到的二维硫族原子晶体均一的厚度。
[0087]此外，还可以利用PMMA辅助的方法将所得的控制生长得到的二维硫族晶体转移至其他基底上。其步骤示意图如图13所示，其中编号I为带有二维硫族晶体阵列的云母，编号2为带有二维硫族原子晶体阵列的PMMA薄膜，编号3为二维硫族晶体阵列夹于PMMA与目标基底之间，编号4为二维硫族晶体阵列在目标基底上。步骤A为旋涂PMMA，步骤B为氢氟酸刻蚀，步骤C为将带有二维硫族晶体阵列的PMMA薄膜贴合在目标基底上，步骤D为利用丙酮溶解去除PMMA。
[0088]同时，本发明定点生长所得二维晶体，具有高度的结晶性，并表现出二维硫族晶体独特的电子结构与电学、光电特性。
[0089]图14是利用图13所示方法将图6所示的Bi2Se3阵列转移至透射微栅铜网上的低分辨透射电子显微镜图像。
[0090]图15是图14所示Bi2Se3阵列的高分辨透射电子显微镜图像，展示了很好的结晶质量。
[0091]图16是将In2Se3阵列转移至S1 2/Si基底上后，利用电子术曝光技术制作的场效应晶体管的光学显微镜图像及不同偏压下的转移特性曲线，展示了与随机成核生长得到的In2Se3类似的性能。转移特性曲线是使用Keithley SCS-4200半导体测试仪在Micromanipulator 6200探针台上测量的，通过改变偏压获得相应条件下的转移特性曲线。
[0092]图17是用角分辨光电子能谱测定的扮^化阵列能带结构图，表现了由单个狄拉克锥所构成的表面态，证明定点生长的Bi2Se3晶体具有典型拓扑绝缘体的能带特征。
[0093]图18是Bi2Se3阵列的迀移率与二维载流子浓度随温度变化的关系图，内嵌图为霍尔器件的光学照片，证明定点生长的Bi2Se3晶体具有类似单晶的电学性质。
[0094]图19是在有控制生长得到的化^巧阵列的云母基底上直接利用光刻曝光技术制作的七个In2Se3并联光电器件的光学显微镜图像。
[0095]图20是图19中2至4号器件的光电响应性能曲线。该曲线是使用KeithleySCS-4200半导体测试仪在Micromanipulator 6200探针台上测量的，通过开关光源测量电流对光照随时间的响应。
[0096]实施例2、二维硫族原子晶体的形状可控制备
[0097]本实施例与实施例1的具体操作步骤相同，不同之处在于使用形状不同的PDMS弹性印章进行生长，得到形状与印章相同的二维硫族原子晶体。这说明本发明能够制备形状可控的二维硫族原子晶体。本实施例中，高纯氩气流量均为200标准立方厘米每分钟，体系压强均为6.7千帕。物理气相沉积中，均在490摄氏度的条件下进行10分钟的生长。
[0098]图21是连续的网格状PDMS弹性印章的光学显微镜图像。
[0099]图22是利用图21所示印章生长得到的网格状连续的Bi2Se3二维原子晶体的光学显微镜图像。
[0100]图23是利用图21所示印章生长得到的网格状连续的In2Se3二维原子晶体的光学显微镜图像。
[0101]图24是具有三角形、正方形、六边形和圆形形状的PDMS弹性印章的光学显微镜图像。
[0102]图25是利用图24所示印章生长得到的具有三角形、正方形、六边形和圆形形状的Bi2Se3=维晶体的光学显微镜图像。
[0103]图26是利用图24所示印章生长得到的是具有三角形、正方形、六边形和圆形形状的In2Se3=维晶体的光学显微镜图像。
[0104]图27是具有螺旋状结构的PDMS弹性印章的光学显微镜图像。
[0105]图28是利用图27所示印章生长得到的具有螺旋状结构的Bi2Se3=维晶体的光学显微镜图像。
[0106]图29是具有哑铃形状的PDMS弹性印章的光学显微镜图像。
[0107]图30是利用图29所示印章生长得到的具有哑铃形状的Bi2Se3二维晶体的光学显微镜图像。
[0108]其他性质与实施例1类似，在此不再赘述。
【主权项】
1.一种制备二维硫族晶体的方法，包括如下步骤: 1)将弹性印章先浸泡于可挥发性溶剂中，再取出所述弹性印章压印在基底表面，待所述可挥发性溶剂挥发后，将所述基底从所述弹性印章上剥离，得到图案化修饰的基底； 2)在非氧化性气氛中，按照气路由下游至上游的顺序，依次放置步骤I)所得图案化修饰的基底和硫族材料，由室温升温后进行物理气相沉积，沉积完毕后降温，即在所述图案化的修饰的基底上得到所述二维硫族晶体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤I)中，构成所述弹性印章的材料为聚一甲基娃氧烧; 构成所述基底的材料选自白云母、氟金云母、本征娃、二氧化娃-娃、蓝宝石、石墨稀、氮化硼、钛酸锶和碳化硅中的至少一种； 所述基底的厚度为0.1晕米2晕米； 所述可挥发性溶剂选自乙醇、丙酮和水中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述步骤2)中，所述硫族材料选自In2Se、Bi2Te3、GaS 和 SnSe 中的至少一种； 所述非氧化气氛中的气体为惰性气体或由还原性气体和惰性气体组成的混合气； 其中，所述惰性气体选自氮气和氩气中的至少一种； 所述还原性气体具体为氢气； 所述非氧化性气氛中，气体的流量为20至1000立方厘米每分钟。
4.根据权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于:所述步骤2)物理气相沉积步骤中，所述图案化修饰的基底的温度比所述硫族材料的温度低50-250°C ； 沉积的压强为1.3千帕-27千帕； 所述硫族材料的沉积温度为低于所述硫族材料的熔点100°C _200°C的温度； 沉积的时间为2min-10h。
5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于:所述步骤2)降温步骤中，降温的方式为自然冷却降温。
6.权利要求1-5中任一所述方法制备得到的二维硫族晶体。
7.权利要求6所述二维硫族晶体在光电检测中的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种二维硫族晶体的印刷式定点生长方法。该方法包括：1)将弹性印章先浸泡于可挥发性溶剂中，再取出所述弹性印章压印在基底表面，待所述可挥发性溶剂挥发后，将所述基底从所述弹性印章上剥离，得到图案化修饰的基底；2)在非氧化性气氛中，按照气路由下游至上游的顺序，依次放置图案化修饰的基底和硫族材料进行物理气相沉积，沉积完毕后降温，即得到所述二维硫族晶体。本发明发展了一套普适的二维硫族原子晶体控制生长的方法，可以得到大面积，高质量的形状、成核位点、取向和厚度可控的二维硫族原子晶体。这种方法制备得到的二维硫族原子晶体阵列可以被转移至其它任意基底，并在光电检测等领域具有重要的潜在应用。
【IPC分类】C30B29-46, C30B23-00, C23C14-06, C23C14-04
【公开号】CN104651777
【申请号】CN201510072662
【发明人】彭海琳, 郑文山, 谢天, 周喻, 刘忠范
【申请人】北京大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月11日