Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

לחץ אטמוספירי ייצור של פתיתי בשכבה יחידה מדוד גדול מלבני SnSe

Published: March 21, 2018 doi: 10.3791/57023
Automatic Translation
1,2, 2,3, 1, 2,4
1SZU-NUS Collaborative Innovation Center for Optoelectronic Science & Technology, Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province, College of Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, 2Department of Physics, National University of Singapore, 3NUS Graduate School for Integrative Sciences and Engineering, Centre for Life Sciences, 4Centre for Advanced 2D Materials and Graphene Research Centre, National University of Singapore

Summary

פרוטוקול מוצג הפגינו טכניקה ייצור שני שלבים לגדול גדול בגודל בשכבה יחידה SnSe בצורת מלבנית פתיתי בעלות נמוכה SiO2/Si דיאלקטרים ופלים בכל מערכת תנור קוורץ לחץ אטמוספירי שפופרת.

Abstract

פח selenide (SnSe) שייך למשפחת בשכבות chalcogenide מתכת חומרים בעלי מבנה סגורה, כמו phosphorene, הראו פוטנציאל יישומי במכשירים nanoelectronics דו-ממדית. למרות פותחו שיטות רבות לסנתז SnSe nanocrystals, דרך פשוטה ליצור פתיתים SnSe בשכבה יחידה גדולה בגודל נשאר אתגר גדול. במסמך זה, אנו מציגים את השיטה הניסיונית לגדול ישירות מדוד גדול בשכבה יחידה SnSe מלבני פתיתי-נפוץ /Si2SiO בידוד סובסטרטים באמצעות שיטת ייצור שני שלבים פשוטים בצינור קוורץ לחץ אטמוספרי מערכת חימום. SnSe מלבני שכבה אחת פתיתי בעובי ממוצע של ~6.8 Å, מידות לרוחב של-30 מיקרומטר × 50 מיקרומטר היו מפוברק על ידי שילוב של אדי תחבורה התצהיר טכניקה ונתיב איכול חנקן. אנחנו שאפיינה את המורפולוגיה מיקרו, תכונות חשמליות של שבבי SnSe מלבני וקיבלתי crystallinity מעולה ומאפיינים אלקטרונית טובה. המאמר על שיטת ייצור שני שלבים יכול לעזור לחוקרים לגדול חומרים דו מימדי, המדד, שכבה אחת דומים אחרים באמצעות מערכת הלחץ האטמוספרי.

Introduction

מחקר שני החומרים מימד (2D) יש פרחו בשנים האחרונות מאז הבידוד מוצלח של גראפן, בשל האפשרות של חומרים 2D שיש מאפיינים חשמלית, אופטי, מכני מעולה על עמיתיהם שלהם צובר1 , 2 , 3 , 4 , 5. חומרי 2D מראים יישומים מבטיחים בתוך מעגל של מכשירים אלקטרוניים6,7, זרז ומים פיצול8,9, ראמאן משופרת השטח פיזור חישה 10,11, וכו ' המשפחה גדול של חומרים שכבתית אשר יכול להיות exfoliated לתוך חומרים דו-ממדיים להראות מגוון רחב, החל הגרפן מתכתי למחצה dichalcogenides מתכות מעבר מוליכים למחצה (TMDs ) שחור זרחן (BP) ניטריד בורון משושה בידוד (h-בסון). חומרים אלה שלהם heterostructures נחקרו היטב בשנים האחרונות ואני הצגתי לראווה רבות הרומן למאפיינים ויישומים12. השני פחות למד, אבל באותה מידה מבטיחים דו-ממדי שכבתית בחומרים IIIA-דרך13,(גז, GaSe, וחרקים)14 ו- IVA-דרך (GeS, GeSe ו SnS)15,יש משפחות17 16, גם קיבל לאחרונה תשומת לב.

SnSe שייך IVA-דרך קבוצה והיא מתגבשת במבנה האורתורומבית, עם האטומים מסודרים קבוצת מרחב pnma , קרסו בתוך שכבת, כמו מבנה הגביש של phosphorene. SnSe הוא הפער צר מוליך למחצה עם פער הלהקה של 0.6 eV, אבל יותר נודע בזכות תכונותיו תרמואלקטרי ייחודי יותר, כפי שהוא דווח כי ערך (תרמואלקטרי דמותו של הצטיינות) ZT גבוהה מאוד של 2.6-923 K18,19 , אשר יוחסה אלקטרונית המבנה הייחודי שלה, מוליכות חום נמוכה. בזמן לרשימות תפוצה SnSe קריסטלים הינם זמינים מסחרית, ניתן לגדל על ידי שיטות ידועות, כגון שיטת Bridgeman-Stockbarger20 או שיטת תחבורה אדים כימיים21, גדל גדול בגודל SnSe כמה שכבות, שכבה אחת על חומר דיאלקטרי סובסטרטים הוא יותר מאתגרת. ישנם מצעים רבים כדי לתמוך 2D גידול, כגון גרפיט פירוליטי אוריינטציה גבוהה (HOPG), נציץ, SiO2,3N סי4זכוכית. דיאלקטרים2 SiO נמוכים הם הכי נפוץ המצע, כמו אלה מאפשרים הזיוף שדה – אפקט טרנזיסטורים, איפה דיאלקטרים לשמש חלק השער האחורי חשמל. מניסיוננו, בניגוד גרפן, TMDs, זה קשה להשיג פתיתי SnSe כמה שכבות או שכבה אחת על ידי שיטת קילוף עור micromechanical, כמו בצובר SnSe יש גבוה interlayer מחייב אנרגיה22 מתוך תהליך 32 /2, מה שמוביל עבה שכבות, אפילו לאורך קצות שבבי exfoliated. לכן, ללמוד את תכונות אלקטרוניות הרומן של מספר שכבות, שכבה אחת SnSe, שיטה חדשה פשוטה, בעלות נמוכה סינתטי להכין באיכות גבוהה מדוד גדול בשכבה יחידה SnSe קריסטלים על בידוד סובסטרטים נדרשת, במיוחד מאז SnSe יש הראו הבטחה גדולה כמועמד עבור יישומים תרמואלקטרי המרת אנרגיה טווח טמפרטורה נמוכה, בינונית19.

מספר חוקרים פיתחו שיטות לסנתז גבישים SnSe באיכות גבוהה. ליו. et al. 23 ו. Franzman et al. 24 נהגה שיטת פתרון שלב לסנתז nanocrystals SnSe של צורות שונות, כגון נקודות קוונטיות, nanoplates, nanosheets גבישי יחיד, nanoflowers, nanopolyhedra באמצעות SnCl2 ואלקיל-פוספין-סלניום או dialkyl diselenium כמו סימנים מקדימים. . Baumgardner et al. 25 מסונתז colloidal חלקיקי SnSe על ידי הזרקת bis[bis(trimethylsilyl)amino]tin(II) לתוך trioctylphosphine חם, השיגו nanocrystals של ~ 4-10 ננומטר בקוטר. . Boscher et al. 26 נוצל טכניקה בתצהיר אדים כימיים לחץ אטמוספירי להשגת SnSe סרטים על מצעים זכוכית באמצעות מבשרי selenide בדיל של tetrachloride ו- diethyl עם יחס tetrachloride פח 10 גדול יותר diethyl selenide, מסונתז שלהם SnSe הסרטים היו בערך 100 ננומטר שחור-כסף מראה ועבה. זאו. et al. 27 בשימוש אדי התצהיר תחבורה בתוך מערכת ואקום נמוך, מסונתז יחיד-קריסטל nanoplates SnSe על מצעים נציץ וקיבלתי nanoplates מרובע של 1-6 מיקרומטר. עם זאת, קבלת SnSe בשכבה יחידה קריסטלים אינן אפשריות באמצעות טכניקות אלה. Li. et al. 28 מסונתז בהצלחה בשכבה יחידה בודדת-קריסטל SnSe nanosheets באמצעות שיטה סינתטית סיר אחד עם SnCl4 ו- SeO2 סימנים מקדימים. עם זאת, הם הצליחו רק להשיג גודל לרוחב של 300 ננומטר על nanosheets שלהם. לאחרונה פרסמנו את השיטה שלנו לגדול באיכות גבוהה, מדוד גדול בשכבה יחידה SnSe קריסטלים אשר טהור שלב29. פרוטוקול מפורט זה נועד לעזור למתרגלים חדשים לצמוח מדוד גדול איכותי ודק במיוחד 2D חומרים אחרים באמצעות מתודולוגיה זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

התראה: חלק חומרים כימיים וגזים להשתמש בעבודה זו הם רעילים, מסרטנים, דליק, חומר נפץ. נא להשתמש כל נוהלי בטיחות המתאים בעת ביצוע תצהיר תחבורה אדי כולל השימוש של פקדים הנדסה (fume הוד), ציוד מגן אישי (בטיחות משקפיים מקצועי מסכות מגן, כפפות, חלוק המעבדה, באורך מלא מכנסיים ונעליים סגורות).

1. auto-מנגינה פונקציה של פרמטרים בקר טמפרטורה

הערה: לפני הסינתזה של פתיתי SnSe, מערכת החימום של החימום צריך להיות מכויל על ידי ביצוע ידני של היצרן.

  1. הגדר 80% של הטמפרטורה הנפוץ ביותר טמפרטורת היעד. כאן, להגדיר 560 oC עבור 1 h והפעל את הכבשן.
  2. כאשר הטמפרטורה מתקרבת 560 oC, הקש על מקש "הגדר" עבור 2 s, הערה שצץ הפרמטר "האל" ולאחר מכן לחץ "ערכת" מפתח עבור 1 s ללכת הפרמטר הבא.
  3. המשך להקיש על מקש "קבע". לאחר "המשך = 3" מופיע, להגדירו כ- 2. כשהמערכת מופעלת הפונקציה כיוון אוטומטי מתאים את הערך Int, Pro ו- Lt ולאחר מכן המערכת עבור 3. כאשר נדרשת מחדש-auto-מנגינה, להגדירו כ- 2.

2. רעלני של קוורץ צינורות וסירות קרמיקה

הערה: לפני הסינתזה של פתיתי SnSe, חום גבוה תהליך הניקוי נדרשת, שם סירה חדשה קרמיקה ו צינור קוורץ הם מיוחדים.

  1. הצב סירה קרמיקה חדשה בתוך צינור בקוטר 1 אינץ קוורץ. מקם את הצינור קוורץ בקוטר 1 ס מ בתוך תנור צינור אופקי עם צינור חדש של קוורץ בקוטר 2 אינץ '. ודא שני הקצוות של הצינורות הם בחוזקה קבוע נתמך.
  2. סגור את המכסה הכבשן, וחום הכבשן צינור כדי 1,000 oC מעל 30 דקות.
  3. כאשר הטמפרטורה במרכז החימום מתקרב 1,000 oC, לשמור את הכבשן 1,000 oC למשך 30 דקות. ואז, בהדרגה לעבור את הכבשן צינור מקצה אחד לשני כדי לחמם את כל אורך הצינור ניקוי הקיר צינור קוורץ והסירה קרמיקה.
  4. אחרי זה, לאפשר הכבשן צינור להתקרר לטמפרטורת החדר על-ידי ביטול הכבשן. כאשר החימום יש מקורר לטמפרטורת החדר, פותחים את המכסה הכבשן, להוציא את הסירה קרמיקה חדשה, ברכבת התחתית קוורץ בקוטר 1 אינץ חדש, אשר יכול לשמש את הניסויים הבאים.

3. pretreatment SiO 2 /Si מצעים

  1. לחתוך את /Si2SiO וופל (300 ננומטר בעובי SiO2 בסי בכבדות מסומם) (ראה טבלה של חומרים) באמצעות גם יהלום לתוך גודל המתאים (בערך 1.5 ס"מ × 2 ס מ) כדי לשמש צמיחה סובסטרטים.
  2. לנקות את2SiO /Si מצעים בשנת אצטון, אלכוהול איזופרופיל ומים, ואחריו מכה חנקן יבש.

4. סינתזה של צובר מלבני בצורת פתיתים SnSe

  1. המקום 0.010 g SnSe אבקה (ראה טבלה של חומרים) נקי קרמיקה כמקודם. המקום נקי SiO2/Si מצע (בערך 1.5 ס"מ × 2 ס מ) על גבי הספינה קרמיקה, צמיחה פונה את האבקה SnSe. מקם את הסירה קרמיקה בתוך צינור נקי 1 אינץ קוטר קוורץ.
  2. למקם את הצינור קוורץ בקוטר 1 ס מ בתוך תנור צינור אופקי עם צינור בקוטר 2 אינץ קוורץ מבחוץ ולהבטיח כי הסירה קרמיקה ממוקם במעלה הזרם של אזור חימום של הכבשן שפופרת. להדק את flanges בשני קצותיו של הצינור, סגור את השסתום האוורור, אשר חותמות הצינור קוורץ בקוטר 2 אינץ.
  3. להפעיל את המשאבה המתחברת הצינור קוורץ, משאבת צינור כדי בלחץ של ~ 1 × 10-2 mbar כדי להסיר אוויר ולחות בצינור. לאחר שהלחץ מושגת, כבה את המשאבה.
  4. ואז פתח את השסתומים גז הספק, באמצעות מד זרימת גז כדי לשלוט על תזרימי גז. להציג את 40 ס מ מעוקב סטנדרטי לכל מין (sccm) Ar ו- 10 sccm H2 (טוהר: 99.9%) לתוך הצינור קוורץ עד לחץ אטמוספירי הושג. פתח השסתומיםלא כדי לאפשר זרימה רצופה של גז בתוך הצינורות קוורץ.
  5. סגור את המכסה תנור וחום במהירות את הכבשן צינור עם 35 oC לכל חימום-שיעור דקה.
  6. כאשר הטמפרטורה במרכז החימום מתקרב 700 oC, להעביר במהירות את הכבשן צינור כדי למקם את אבקות SnSe במרכז החימום. האבקה SnSe יתפוגג, עיקר ש-snse פתיתי תוכלו להפקיד על פני /Si2SiO.
  7. לאחר 15 דקות זמן צמיחה, פותחים את המכסה התנור להתקרר במהירות את הכבשן צינור לטמפרטורת החדר. בינתיים, להתאים את הזרימה של Ar/H2 המוביל גז למקסימום, אשר יסייע לנהוג unreacted גז או חלקיקים מתוך הצינורות. כאשר הושלם תהליך הצמיחה, גורפת SnSe פתיתי לזכייה על פני השטח של סובסטרטים /Si2SiO.

5. ייצור של שכבה אחת מלבני בצורת פתיתים SnSe

  1. מניחים את תוצרת כמו בצובר SnSe/SiO2/Si מדגם עם הפנים למעלה על גבי סירה נקי קרמיקה חדשה. מקם את הסירה קרמיקה בתוך צינור נקי 1 אינץ קוטר קוורץ.
  2. שמכניסים את נקז קוורץ בקוטר 1 ס מ בתוך הכבשן צינור אופקי עם צינור קוורץ בקוטר 2 אינץ, עם הסירה קרמיקה הממוקם במעלה הזרם של אזור חימום של הכבשן שפופרת. להדק את flanges בשני קצותיו של הצינור, סגור את השסתום האוורור כדי לאטום את הצינור קוורץ בקוטר 2 אינץ.
  3. להפעיל את המשאבה המתחברת הצינור קוורץ, המשאבה דרך צינור כדי בלחץ של ~ 1 × 10-2 mbar כדי להסיר אוויר ולחות בצינור. אחרי זה מושגת, כבה את המשאבה.
  4. פתח את השסתומים גז הספק, באמצעות מד זרימת גז כדי לשלוט על תזרימי גז. להציג sccm N 502 (טוהר: 99.9%) לתוך הצינור קוורץ עד לחץ אטמוספירי מושגת. פתח השסתומיםלא כדי לאפשר זרימה רצופה של גז בתוך הצינורות קוורץ.
  5. סגור את המכסה תנור וחום במהירות את הכבשן צינור כדי 700 oC ב- 20 דקות.
  6. כאשר הטמפרטורה במרכז החימום מתקרב 700 oC, להעביר במהירות את הכבשן צינור כדי למקם את הדגימה /Si בתפזורת SnSe/SiO2במרכז החימום.
  7. לשמור את התנור ב 700 oC ~ 5-20 דקות להשלים את תהליך חריטה. לאחר מכן, פותחים את המכסה הכבשן, במהירות מגניב הכבשן צינור לטמפרטורת החדר. בינתיים, לשמור את זרימת הגז2 N לכל היותר, אשר יסייע לנהוג unreacted גז או חלקיקים מתוך הצינורות. כאשר הושלם תהליך חריטה, להתבונן על שכבה אחת מלבני בצורת SnSe פתיתי שהושג על פני השטח של סובסטרטים /Si2SiO.
    הערה: איכול גז והשעה איכול הם הגורמים השליטה העיקריים בתהליך זה. מנגנון איכול ייחקר בהפניה 29, אז ראה הפניה 29 לפרטים נוספים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

דיאגרמות סכמטית של מתקן ניסיוני, התמונות אופטי, כוח אטומי (AFM) מיקרוסקופיה תמונות, סריקת תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM), העברת תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים (TEM) של שבבי SnSe מפוברק מוצגים באיור 1, איור 2, איור 3. התמונות אופטי מבוצעים על ידי מיקרוסקופ אופטי מסורתיים. עדשת העינית הוא 10 X, העדשה המטרה היא 20 X, 50 X 100 X. הפעם החשיפה היא כ- 0.3 שניות. הרזולוציה של תמונה אופטי שהושג הוא 1, 376 × 1, 038. גודל סריקה הוא 30 מיקרומטר עם יחס גובה-רוחב של 1. קיזוז X ו- Y ואת הזווית שניהם מוגדרים כ- 0. קצב הסריקה הוא הרץ 3.92 עם קו/מדגם 512. יחסי רווח ורווח אינטגרלי מוגדרים כ 1.000 ל 5.000, בהתאמה. משרעת setpoint נסיעה, ו משרעת בתפאורת 208.9 mV, 1400.789 KHz, 85.14 mV, בהתאמה. תמונות SEM ו- TEM בוצעו במיקרוסקופ אלקטרוני המופעל 30 kV ל- 200 kV, בהתאמה.

איור 1 מציג את תהליך מתאדים למבשר אבקת SnSe, אשר הופקד על פני השטח /Si2SiO לגדול בצובר מלבני גדול בגודל פתיתי SnSe דרך טכניקה התצהיר תחבורה vapor ב קוורץ הלחץ האטמוספרי מערכת הרכבת התחתית. ליצור שכבה אחת SnSe פתיתים, העברנו הדגימה /Si בתפזורת שגודלו כ2SnSe/SiO לתוך תנור צינור סמוך לקבלת חנקן תחריט. לא נשתמש בכל שיטות טיפול תרמי/כימי, וגם הם היו נחוצים לאחר תהליכי צמיחה.

Figure 1
איור 1: סינתזה. מציג את מכשיר ניסיוני ואת תהליך סינתזה של דיאגרמות סכמטית גורפת מלבני SnSe פתיתי ועל פבריקציה נוספת של SnSe מלבני פתיתי בשכבה יחידה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 2 מציג את מיקרוסקופ אופטי ואפיון AFM של המורפולוגיה של צובר מסונתז, פתיתי SnSe שכבה אחת. מצאנו כי בכמות גדולה של שכבה אחת SnSe פתיתי הם כ מלבני ולא גדלים באופן אקראי על מצעים /Si2SiO. איור 2a -d ו- 2f איור-i: השגנו פתיתי SnSe, המהווים כ- 30 מיקרומטר × 50 מיקרומטר בגודלם, כ- 200 פעמים גדול יותר nanosheets SnSe חד-גבישי שכבה אחת מתקבל על ידי Li. et al. 28 איור 2e מראה תמונה AFM עם פרופיל הקו המקביל מוזרה SnSe טיפוסי בצובר מסונתז, חשיפת משטח שטוח עם עובי של-54.9 ± 5.6 ננומטר. מדדנו עובי של ~6.8 ± 1.4 Å עבור דקים מלבני SnSe שבבי (איור 2j), ליד הערך תיאורטי של שכבה אחת SnSe של 5.74918.

Figure 2
איור 2: תמונות של פתיתי SnSe. תמונות-מסונתז בתפזורת (-ד), שכבה אחת (f-i) מלבני בצורת פתיתים SnSe. טיפוסי AFM תמונות של תפזורת (e), שכבה אחת (j) מלבני בצורת פתיתים SnSe פתית הקצוות של () ו (f), בהתאמה. זכויות יוצרים: IOP הוצאה לאור (הרשות לשעתק הנדרש). איור זה שונה מג'יאנג. et al. 29 אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

כדי לנתח את ההרכב-מבנה וכימי של הדגימות מסונתז, אנחנו מתאפיין בכמות גדולה של שכבה אחת SnSe פתיתי SEM ואנרגיה ואנליזת רנטגן מסות (EDX). איור 3 א -b מציג תמונות SEM טיפוסי של תפזורת ו פתיתי SnSe בשכבה יחידה, אשר מופצים באופן אקראי על פני כשהפחד /Si2SiO. אנו יכולים לראות כי בתפזורת והן בשכבה יחידה SnSe פתיתי הם כ מלבני עם ממדים של בערך 30 מיקרומטר × 50 מיקרומטר, בהסכם מעולה עם התוצאות המתקבלות מתמונות מיקרוסקופ אופטי (איור 2). הקשת EDX (איור 3 c) מראה יחס-אטומיים 1:0.92 של Sn ו- Se בדוגמת בצובר מסונתז, אשר מאשרת stoichiometric SnSe לא SnSe2. איור 3d מציג תמונת TEM טיפוסי של השבר SnSe שהועברו. האזור שנבחר אלקטרון עקיפה הדפוס (סאאיד) של קטע SnSe בשכבה יחידה מוצגים בבירור תבנית עקיפה orthogonally סימטרי (איור 3e), המציינת כי הדגימה יחיד-קריסטל בטבע. שבבי SnSe בשכבה יחידה הם חוקיים בדרך כלל לאורך לכיוון המטוס [100], כפי סאאיד מראה גם דפוס ספוט של השתקפות 0 kl . איור 3f מציגה תמונת TEM (HR-TEM) ברזולוציה גבוהה של השבר SnSe שהועברו עם שני בשולי סריג אורתוגונלית לכאורה מן המטוסים ואת השבכה spacings של 0.30 ננומטר. הזווית בין בשולי סריג היא כ 86.5o, התואם את מבנה המערכת הגבישית האורתורומבית, מסכים עם התיאוריה18.

Figure 3
איור 3: צילום במיקרוסקופ () EDX הקשת (c) של הנפח SnSe פתיתי; במיקרוסקופ אלקטרוני (b), תמונת TEM (d), דפוס סאאיד (e) ותמונה ברזולוציה גבוהה TEM (f) של שכבה אחת מלבני בצורת SnSe שבבי קטע, בהתאמה. זכויות יוצרים: IOP הוצאה לאור (הרשות לשעתק הנדרש). איור זה שונה מג'יאנג. et al. 29 אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

כאן, השילוב של שיטה בתצהיר אדים התחבורה של חנקן תצריב הטכניקה בכל מערכת לחץ אטמוספירי הוא דיווח קודם. פרוטוקול זה, הן לשלבים הקריטיים המקטע של הזיוף של פתיתי SnSe בשכבה יחידה.

אמנם יכול להיות חרוט הדגימות בצובר כדי ליצור מדגם שכבה אחת באיכות גבוהה, העובי של הדגימות בצובר צריך להיות אחיד, הטמפרטורה הפירוק של דגימות בצובר צריך להיות גבוה יותר מאשר הטמפרטורה תחריט. המדגם וכתוצאה מכך יש צפיפות כיסוי נמוך, בשל רוב דגימות בצובר להיות חרוט לחלוטין.

עבור היישום של סריקת מינהור מיקרוסקופית, הצפיפות כיסוי של דגימות שכבה אחת אינה מספיקה. אולם, עבור היישום של מעגל התקנים, צפיפות כיסוי הוא משביע רצון. כאשר חלה עלייה לאחרונה עניין בחומרים חדשניים monochalcogenides קבוצה-IV 2D, אנו חושבים כי טכניקה זו של ייצור שני שלבים פשוטים ניתן להרחיב, יהיה שימושי עבור אחרים בהכנת אחרים מדוד גדול באיכות גבוהה חומרים 2D ודק במיוחד.

החקירה של יציבות לטווח ארוך, XRD ניתוח, אפיון ראמאן של פתיתי SnSe ניתן למצוא במקום אחר29.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

אין לנו לחשוף.

Acknowledgments

מחקר זה נתמך על ידי התוכנית כשרונות 1,000 מדענים צעירים של סין, הלאומי מדעי הטבע קרן של סין (מענק מס 51472164), ה-A * כוכב תוכנית פארוס (מענק מס 152 70 00014), מתקן תמיכה של המרכז NUS 2D מתקדם חומרים.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
SnSe powder Sigma-Aldrich 1315-06-6 (99.999%) toxic, carcinogenic
Ar gas explosive
H2 gas flammable, explosive
SiO2/Si wafer 300 nm thick SiO2 on heavily doped Si
Acetone Sigma-Aldrich 67-64-1 toxic, flammable
Isopropanol Sigma-Aldrich 67-63-0 flammable
Quartz tube Dongjing Quartz Company, China
Ceramic boat Dongjing Quartz Company, China
Optical microscope Olympus, BX51
Atomic force microscopy Bruker Using FastScan-A probe type and ScanAsyst-air
Scanning electron microscopy JEOL JSM-6700F
transmission electron microscopy FEI Titan
Tube furnace MTI Corporation

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Geim, A. K., Novoselo, K. S. The Rise of Graphene. Nature Mater. 6, 183-191 (2007).
  2. Chhowalla, M., Shin, H. S., Eda, G., Li, L. -J., Loh, K. P., Zhang, H. The Chemistry of Two-Dimensional Layered Transition Metal Dichalcogenide Nanosheets. Nat. Chem. 5, 263-275 (2013).
  3. Zhang, W., Wang, Q., Chen, Y., Wang, Z., Wee, A. T. S. Van der Waals Stacked 2D Layered Materials for Optoelectronics. 2D Mater. 3 (1-17), 02200 (2016).
  4. Li, M. -Y., et al. Epitaxial Growth of a Monolayer WSe2-MoS2 Lateral p-n Junction with an Atomically Sharp Interface. Science. 349, 524-528 (2015).
  5. Wang, H., Yuan, H., Hong, S. S., Li, Y., Cui, Y. Physical and Chemical Tuning of Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides. Chem. Soc. Rev. 44, 2664-2680 (2015).
  6. Wang, Q. H., Kalantar-Zadeh, K., Kis, A., Coleman, J. N., Strano, M. S. Electronics and Optoelectronics of Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides. Nat.Nanotechnol. 7, 699-712 (2012).
  7. Kim, K. S., et al. Large-Scale Pattern Growth of Graphene Films for Stretchable Transparent Electrodes. Nature. 457, 706-710 (2009).
  8. Shalom, M., Gimenez, S., Schipper, F., Herraiz-Cardona, I., Bisquert, J., Antonietti, M. Controlled Carbon Nitride Growth on Surfaces for Hydrogen Evolution Electrodes. Angew. Chem. 126, 3728-3732 (2014).
  9. Liu, J., et al. Metal-Free Efficient Photocatalyst for Stable Visible Water Splitting via a Two-Electron Pathway. Science. 347, 970-974 (2015).
  10. Jiang, J., Zou, J., Wee, A. T. S., Zhang, W. Use of Single-Layer g-C3N4/Ag Hybrids for Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS). Sci.Rep. 6 (1-10), 34599 (2016).
  11. Jiang, J., Zhu, L., Zou, J., Ou-yang, L., Zheng, A., Tang, H. Micro/Nano-Structured Graphitic Carbon Nitride-Ag Nanoparticle Hybrids as Surface-Enhanced Raman Scattering Substrates with Much Improved Long-Term Stability. Carbon. 87, 193-205 (2015).
  12. Jariwala, D., Marks, T. J., Hersam, M. C. Mixed-dmensional van der Waals Heterostructures. Nature Mater. 16, 170-181 (2017).
  13. Late, D. J., et al. GaS and GaSe Ultrathin Layer Transistors. Adv. Mater. 24, 3549-3554 (2012).
  14. Klein, A., Lang, O., Schlaf, R., Pettenkofer, C., Jaegermann, W. Electronically Decoupled Films of InSe Prepared by van der Waals Epitaxy: Localized and Delocalized Valence States. Phys. Rev. Lett. 80, 361-364 (1998).
  15. Gomes, L. C., Carvalho, A. Phosphorene Analogues: Isoelectronic Two-Dimensional Group-IV Monochalcogenides with Orthorhombic Structure. Phys. Rev. B. 92 (1-8), 085406 (2015).
  16. Xue, D., Tan, J., Hu, J., Hu, W., Guo, Y., Wan, L. Anisotropic Photoresponse Properties of Single Micrometer-Sized GeSe Nanosheet. Adv. Mater. 24, 4528-4533 (2012).
  17. Antunez, P. D., Buckley, J. J., Brutchey, R. L. Tin and Germanium Monochalcogenide IV-VI Semiconductor Nanocrystals for Use in Solar Cells. Nanoscale. 3, 2399-2411 (2011).
  18. Zhao, L. D., et al. Ultralow Thermal Conductivity and High Thermoelectric Figure of Merit in SnSe Crystals. Nature. 508, 373-377 (2014).
  19. Zhao, L. D., et al. Ultrahigh Power Factor and Thermoelectric Performance in Hole-Doped Single-Crystal SnSe. Science. 351, 141-144 (2016).
  20. Bhatt, V. P., Gireesan, K., Pandya, G. R. Growth and Characterization of SnSe and SnSe2 Single Crystals. J. Cryst. Growth. 96, 649-651 (1989).
  21. Yu, J. G., Yue, A. S., Stafsudd, O. M. Growth and Electronic Properties of the SnSe Semiconductor. J. Cryst. Growth. 54, 248-252 (1981).
  22. Zhang, L., et al. Tinselenidene: a Two-dimensional Auxetic Material with Ultralow Lattice Thermal Conductivity and Ultrahigh Hole Mobility. Sci. Rep. 6 (1-9), (2016).
  23. Liu, X., Li, Y., Zhou, B., Wang, X., Cartwright, A. N., Swihart, M. T. Shape-Controlled Synthesis of SnE (E=S, Se) Semiconductor Nanocrystals for Optoelectronics. Chem. Mater. 26, 3515-3521 (2014).
  24. Franzman, M. A., Schlenker, C. W., Thompson, M. E., Brutchey, R. L. Solution-Phase Synthesis of SnSe Nanocrystals for Use in Solar Cells. J. Am. Chem. Soc. 132, 4060-4061 (2010).
  25. Baumgardner, W. J., Choi, J. J., Lim, Y. -F., Hanrath, T. SnSe Nanocrystals: Synthesis, Structure, Optical Properties, and Surface Chemistry. J. Am. Chem. Soc. 132, 9519-9521 (2010).
  26. Boscher, N. D., Carmalt, C. J., Palgrave, R. G., Parkin, I. P. Atmospheric Pressure Chemical Vapour Deposition of SnSe and SnSe 2 Thin Films on Glass. Thin Solid Films. 516, 4750-4757 (2008).
  27. Zhao, S., et al. Controlled Synthesis of Single-Crystal SnSe Nanoplates. Nano Res. 8, 288-295 (2015).
  28. Li, L., et al. Single-Layer Single-Crystalline SnSe Nanosheets. J. Am. Chem. Soc. 135, 1213-1216 (2013).
  29. Jiang, J., et al. Two-Step Fabrication of Single-Layer Rectangular SnSe Flakes. 2D Mater. 4 (1-9), 021026 (2017).

Tags

אדי גיליון 133 שכבה אחת-שתילי פתיתי SnSe מלבני שיטת סינתטי בשני שלבים הנדסה תחבורה התצהיר מערכת הלחץ האטמוספרי חנקן תצריב טכניקה
לחץ אטמוספירי ייצור של פתיתי בשכבה יחידה מדוד גדול מלבני SnSe
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Jiang, J., Wong, C. P. Y., Zhang,… More

Jiang, J., Wong, C. P. Y., Zhang, W., Wee, A. T. S. Atmospheric Pressure Fabrication of Large-Sized Single-Layer Rectangular SnSe Flakes. J. Vis. Exp. (133), e57023, doi:10.3791/57023 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter