一种碲掺杂的二维硒氧化铋及其制备方法与应用

本发明属于二维半导体材料制备领域，具体涉及一种碲掺杂的二维硒氧化铋及其制备方法与应用。

背景技术：

1、二维材料在广义上的定义是指在三维空间中，电子只能够在由两个小于100nm的维度构成的平面内自由运动的材料。二维材料具有层与层之间仅依靠一种极弱的范德华键耦合的结构特点，其性质可以随着二维材料的层数的减少而产生由间接带隙到直接带隙的变化。此外，二维材料还具有理想的载流子迁移速率以及强烈的光-物质耦合作用等独特的物理特性和光学特性，在众多的材料体系中表现出巨大的优势和运用潜力，受到了广泛运用。但是，像例如石墨烯的零带隙限制、黑磷在空气中的稳定性差以及六方氮化硼的带隙大而绝缘等天然缺点，使得这些二维材料在光电探测器件上的运用受到极大的限制。

2、二维硒氧化铋(bi2o2se)具有环境稳定和高的电子迁移率等特性，使得其在光电探测器上的运用具有巨大的优势。通过掺杂其他元素进入本征半导体材料，能够极大地改善半导体材料的物理特性。然而，由于二维bi2o2se稳定的晶体结构，很难用普通的方法实现对其元素的掺杂，因此，能够制备出形状规则(规则四边形)、尺寸适中(边长大于40μm)、厚度适中且均匀(厚度为10～40nm)的掺杂型二维bi2o2se对于bi2o2se的应用具有很大的意义。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种碲掺杂的二维硒氧化铋(te-bi2o2se)的制备方法。

2、本发明的第二个目的在于提供上述制备方法制备得到的碲掺杂的二维硒氧化铋，该二维硒氧化铋尺寸适中、厚度均匀、形状规则，是一种良好的半导体材料。

3、本发明的再一目的在于提供上述碲掺杂的二维硒氧化铋在二维半导体材料中的应用。

4、本发明的目的通过下述技术方案实现：

5、一种碲掺杂的二维硒氧化铋的制备方法，包含如下步骤：

6、(1)以硒化铋(bi2se3)和氧化铋(bi2o3)作为反应源，以碲(te)作为掺杂源，以氟金云母片作为生长衬底；然后将bi2se3、bi2o3、te和氟金云母片依次放置在石英舟上；

7、(2)将步骤(1)中放置有bi2se3、bi2o3、te和氟金云母片的石英舟放置在管式炉的中心恒温区，其中，bi2o3在加热源正中心；

8、(3)打开管式炉的进气阀与出气阀，向管式炉的炉管通入气体以排尽空气杂质，其中，bi2se3处于气流的上游，氟金云母片处于气流的下游；

9、(4)开启管式炉的加热源，以20℃/min的加热速率匀速升温至700℃，升温过程中气体流速为20～40sccm；然后700℃保温处理30min，保温过程中气体流速为95～105sccm；保温结束即开始降温，降温过程中，气体流速为20～40sccm；待管式炉温度降至90～100℃时关闭气流；得到碲掺杂的二维硒氧化铋(te-bi2o2se)；

10、步骤(1)中所述的bi2se3和bi2o3的质量比优选为1:2；

11、步骤(1)所述的te的用量优选为bi2se3质量的5％；

12、步骤(1)中所述的bi2se3的质量为0.2g，bi2o3的质量为0.4g，te的质量为10mg；

13、步骤(1)中所述的氟金云母片的规格优选为10mm×10mm；

14、步骤(1)所述的bi2se3和bi2o3之间的距离优选为1cm；

15、步骤(1)所述的bi2o3和te之间的距离优选为1cm；

16、步骤(1)所述的te与生长衬底氟金云母片之间的距离为12cm；

17、步骤(2)所述的管式炉的两端优选各塞上棉花，以防止管式炉石英管中的样品源被吹到通气管道而被堵塞；

18、步骤(3)、(4)所述的气体优选为氮气；

19、步骤(3)中所述的气体的流速优选为120sccm，通入时间优选为10min；

20、一种碲掺杂的二维硒氧化铋，通过上述制备方法制备得到；

21、所述的碲掺杂的二维硒氧化铋在半导体材料领域中的应用：

22、所述的半导体材料优选为二维半导体光电探测器；

23、本发明的原理：

24、本发明以硒化铋(bi2se3)和氧化铋(bi2o3)作为反应源，以少量碲(te)作为掺杂源，以氟金云母作为生长衬底，利用管式炉设备，利用单向气流的化学气相沉积法在氟金云母片上沉积得到碲掺杂的二维硒氧化铋(te-bi2o2se)。其中，可通过调节载气的流速、原料的反应温度和反应时间以及反应原料和氟金云母片生长衬底之间的距离等参数来控制目标物te-bi2o2se的尺寸大小及厚度。本发明制得的te-bi2o2se的外形具有规则四方形特征，其尺寸约为40～60μm，厚度均匀，并且经过测试，可以有效应用在半导体器件中。

25、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

26、(1)本发明操作步骤简便，实验设备安全系数高，实验所需用到的样品无毒或者毒性极小，且制备效率更高。

27、(2)本发明制得的te-bi2o2se纳米片，te元素能够均匀掺杂在bi2o2se当中，具有规则四方形特征，其尺寸约为40～60μm，厚度均匀。

28、(3)本发明制得的te-bi2o2se纳米片具有良好的光电响应性能和优良的环境稳定性。

技术特征：

1.一种碲掺杂的二维硒氧化铋的制备方法，其特征在于包含如下步骤：

2.根据权利要求1所述的碲掺杂的二维硒氧化铋的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的碲掺杂的二维硒氧化铋的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的碲掺杂的二维硒氧化铋的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的碲掺杂的二维硒氧化铋的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的碲掺杂的二维硒氧化铋的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的碲掺杂的二维硒氧化铋的制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的碲掺杂的二维硒氧化铋的制备方法，其特征在于：

9.一种碲掺杂的二维硒氧化铋，其特征在于通过权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。

10.权利要求9所述的碲掺杂的二维硒氧化铋在半导体材料领域中的应用。

技术总结
本发明属于二维半导体材料制备领域，具体涉及一种碲掺杂的二维硒氧化铋及其制备方法与应用。本发明以管式炉为反应设备，以硒化铋、氧化铋和碲作为原料，以氮气作为载气，以氟金云母片作为生长衬底，通过化学气相沉积法制备得到碲掺杂的二维硒氧化铋。以该方法制备的碲掺杂的二维硒氧化铋形状规则，具有超过40μm的大尺寸，可将其运用在制备光电探测器中，具有良好的光电响应性能和优良的环境稳定性。

技术研发人员：郑照强,邱展雄,招瑜
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16