Waiting
Login processing...

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

Engineering

Atmosphärendruck-Herstellung von großformatigen Einzellagen-rechteckige SnSe Flocken

Published: March 21, 2018 doi: 10.3791/57023

Summary

Ein Protokoll wird demonstriert eine zweistufige Fertigung Technik um großformatige Einzellagen wachsen rechteckig geformte SnSe auf kostengünstige SiO2/Si Dielektrika Wafer in einer atmosphärischen Druck Quarz Ofen Schlauchsystem Flocken vorgestellt.

Abstract

Metallisches Zinn (SnSe) gehört zur Familie der geschichteten Metall Chalkogenid-Materialien mit einer Schnalle Struktur wie Phosphorene und hat Potenzial für Anwendungen im zweidimensionalen Nanoelektronik Geräte gezeigt. Obwohl viele Methoden, um SnSe Nanokristalle synthetisieren entwickelt worden sind, bleibt eine einfache Möglichkeit, groß dimensionierten einlagige SnSe Flocken fabrizieren eine große Herausforderung. Hier zeigen wir die experimentelle Methode direkt groß dimensionierten Einzellagen wachsen rechteckige SnSe am häufigsten verwendeten SiO2/Si isolierenden Substraten Methode eine einfache zweistufige Fertigung in einem Quarzrohr Atmosphärendruck Flocken Ofenanlage. Die Einzellagen-rechteckige SnSe Flocken mit einer durchschnittlichen Dicke von ~6.8 Å und seitlichen Abmessungen von ca. 30 µm × 50 µm wurden durch eine Kombination von Vapor Deposition Fördertechnik und Stickstoff Radierung Route hergestellt. Wir gekennzeichnet, die Morphologie, Mikrostruktur und elektrischen Eigenschaften der rechteckigen SnSe Flakes und ausgezeichnete Kristallinität und gute elektronische Eigenschaften erhalten. Dieser Artikel über die zweistufige Herstellungsverfahren kann Forscher andere ähnlichen zweidimensionale, groß dimensionierten, einschichtige Materialien mit einem Luftdruck-System wachsen helfen.

Introduction

Forschung in zwei dimensionale (2D) Materialien hat in den letzten Jahren seit der erfolgreichen Isolation von Graphen, wegen der Möglichkeit der 2D Materialien mit hervorragenden elektrischen, optischen und mechanischen Eigenschaften über ihre Masse Pendants1 blühte. , 2 , 3 , 4 , 5. 2D Materialien zeigen vielversprechende Anwendungen in optoelektronischen und elektronische Geräte6,7, Katalyse und Wasserspaltung8,9, Oberfläche-enhanced Raman Streuung Fernerkundung 10,11, etc. die große Familie der geschichteten Materialien, die in 2D Materialien geblähter können zeigen große Vielfalt, von der semi-metallische Graphen bis hin zu den halbleitenden Übergangsmetall Dichalcogenides (TMDs ) und Phosphor (BP) zu isolierenden hexagonalen Bornitrid (h-BN) schwarz. Diese Materialien ihre Heterostrukturen haben in den letzten Jahren gut untersucht worden und haben viele neue Eigenschaften und Anwendungen12ausgestellt. Andere weniger studiert, aber ebenso vielversprechende 2D geschichteten Materialien in der IIIA-VIA (GaS, GaSe und InSe)13,14 , IVA-VIA (GeS, GeSe und SnS)15,16,17 Familien haben auch zuletzt empfangenen Aufmerksamkeit.

SnSe gehört zu der IVA-VIA Gruppe und kristallisiert sich in eine orthorhombic Struktur mit den Atomen in der Raumgruppe Pnma angeordnet und schnallte innerhalb der Schicht, wie die Kristallstruktur des Phosphorene. SnSe ist eine schmale Lücke Halbleiter mit einer Bandlücke von 0,6 eV, aber ist mehr bekannt für seine einzigartigen thermoelektrischen Eigenschaften, wie es ist berichtet, dass einen sehr hohen ZT (thermoelektrische Abbildung des Verdienstes) Wert von 2,6 bei 923 K18,19 , die hat seine einzigartige elektronische Struktur und geringe thermische Leitfähigkeit zugeschrieben worden. Während Bulk SnSe Kristalle sind im Handel erhältlich und können nach bekannten Methoden angebaut werden, wie z. B. die Bridgeman-Stockbarger Methode20 oder chemischen Dampf Transportmethode Größe21, groß paar-Layer und einschichtige SnSe auf Dielektrikum Substrate ist schwieriger. Es gibt viele Substrate, 2D materielles Wachstum, wie hochorientierte pyrolytischen Graphit (HOPG), Glimmer, SiO2, Si3N4und Glas zu unterstützen. Low-Cost SiO2 Dielektrika sind die am häufigsten verwendeten Substrat, wie diese ermöglichen die Herstellung von – Feldeffekt-Transistoren, wo die Dielektrika als Teil des elektrischen hinteren Tores dienen. Nach unserer Erfahrung, im Gegensatz zu Graphen und TMDs, es ist schwierig, paar- oder Single-Schicht SnSe Flocken von der mikromechanischen Peeling-Methode zu erhalten, als Schüttgut SnSe hat eine hohe Bindungsenergie22 32 MeV Füllharz / Å2, führt zu dick Schichten, auch an den Rändern der abgestoßene Partikel. Daher um die neuartigen elektronischen Eigenschaften der paar und einzelne Schicht SnSe zu studieren, ist eine neue, einfache und kostengünstige synthetische Methode, um qualitativ hochwertige großformatige einlagige SnSe Kristalle auf isolierenden Substraten vorbereiten erforderlich, zumal SnSe hat große Versprechen als Kandidat für thermoelektrische Anwendungen für die Energieumwandlung im niedrigen und mittleren Temperatur Bereich19gezeigt.

Mehrere Forscher entwickelten Methoden, um qualitativ hochwertige SnSe Kristalle zu synthetisieren. Liu Et al. 23 und Franzman Et al. 24 verwendet eine Lösungsphase Methode, um SnSe Nanokristallen in verschiedenen Formen, wie Quantenpunkte, Nanoplates, einzelne kristalline Nanosheets, Nanoflowers und Nanopolyhedra mit SnCl2 und Alkyl-Phosphin-Selen oder Dialkylcarbonat synthetisieren Diselenium als Vorläufer. Baumgardner Et al. 25 kolloidalen SnSe Nanopartikel durch Injektion von bis[bis(trimethylsilyl)amino]tin(II) in heißen Trioctylphosphine synthetisiert, und sie erhalten Nanokristalle ~ 4-10 Nm im Durchmesser. Boscher Et al. 26 verwendet eine Atmosphärendruck chemical Vapor Deposition Technik SnSe Filme auf Glassubstraten mit Zinn Titantetrachlorid und Diethyl metallisches Vorstufen mit Zinn Titantetrachlorid Verhältnis 10 größer als Diethyl metallisches und ihre synthetisierte zu erhalten SnSe Filme waren ungefähr 100 nm dick und Silber-Schwarz in Erscheinung. Zhao Et al. 27 verwendet Dampf Transport Ablagerung in einem niedrigen Vakuumsystem und synthetisiert Einkristall SnSe Nanoplates auf Glimmer Substraten und quadratischen Nanoplates von 1 bis 6 µm erzielt. Sind jedoch erhalten einlagigen SnSe Kristalle nicht möglich mit diesen Techniken. Li Et al. 28 synthetisiert erfolgreich Einzellagen-Einkristall SnSe Nanosheets mit einer synthetischen ein-Topf-Methode mit SnCl4 und SeO2 Vorläufer. Sie konnten jedoch nur um eine seitliche Größe von etwa 300 nm für ihre Nanosheets. Wir haben vor kurzem unsere Methode, um qualitativ hochwertige, großformatige einlagige SnSe Kristalle wachsen die Phase reine29sind. Dieses ausführliche Protokoll soll helfen, neue Praktiker zu anderen großen ultradünnen 2D Qualitätsmaterialien mit dieser Methodik zu wachsen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Achtung: Einige der Chemikalien und in dieser Arbeit verwendeten Gase sind giftig, krebserregend, brennbaren und explosiven. Nutzen Sie alle entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen bei der Durchführung einer Aufdampfen Transport einschließlich des Einsatzes von technischen Kontrollen (Abzug) und persönliche Schutzausrüstung (Schutzbrille, professionelle Schutzmasken, Handschuhe, Kittel, in voller Länge Hosen und geschlossene Schuhe).

1. Auto-Tune-Funktion der Temperatur-Regler-Parameter

Hinweis: Bevor die Synthese von SnSe Flocken, das Heizsystem des Ofens muss kalibriert werden, indem Sie die folgenden Handbuch des Herstellers.

  1. Festlegen Sie 80 % der am häufigsten verwendeten Temperatur als die Solltemperatur. Hier, 560 oC für 1 h und laufen Sie den Ofen.
  2. Wenn die Temperatur nähert sich 560 oC, drücken Sie die "SET" Taste für 2 s, Hinweis, das der Parameter "HAL" erscheint, und drücken Sie die "SET" Taste für 1 s nächsten Parameter gehen.
  3. Weiterhin die "SET" Taste drücken. Nach "Cont = 3" angezeigt wird, legen Sie es als 2. Das System startet die Auto-Tune-Funktion, um den Wert für Int, Pro und Lt ausarbeiten und dann System 3 gehen. Wenn auto-Tune benötigt wird, legen Sie es als 2.

2. Vorbehandlung Quarzröhren und keramische Boote

Hinweis: Sind vor der Synthese von SnSe Flocken, eine hohe Temperatur, die Reinigung erforderlich ist, wo ein neues Keramik-Boot und einem neuen Quarzrohr vorbehandelt.

  1. Ein neues Keramik-Boot innerhalb einer neuen 1-Zoll-Durchmesser Quarzrohr zu positionieren. Platz 1-Zoll-Durchmesser-Quarzrohr innerhalb einer horizontalen Rohrofen mit einem neuen 2-Zoll-Durchmesser Quarzrohr. Stellen Sie sicher, dass die beiden Enden der Rohre fest fixiert und unterstützt werden.
  2. Schließen Sie den Deckel des Ofens und erhitzen Sie Rohrofen auf 1.000 oC über 30 min.
  3. Wenn die Temperatur in der Mitte des Ofens 1.000 oC nähert, halten Sie den Ofen 1.000 oC für 30 min. Verschieben Sie dann allmählich die Rohrofen von einem Ende zum anderen um die gesamte Länge des Rohres für die Reinigung der Rohrwand Quarz und keramische Boot zu heizen.
  4. Danach lassen Sie die Rohrofen auf Raumtemperatur abkühlen durch den Ofen ausschalten. Wenn der Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt ist, öffnen Sie den Deckel des Ofens und nehmen Sie das neue Keramik-Boot und der neuen 1-Zoll-Durchmesser Quarzrohr, die für die spätere Experimente verwendet werden können.

(3) Vorbehandlung SiO 2 /Si Substrate

  1. Schneiden den SiO2/Si Wafer (300 nm dicke SiO2 stark dotierten Si) (siehe Tabelle der Materialien) mit einer Diamant-Körner in angemessener Höhe (ca. 1,5 cm × 2 cm) als Wachstum Substrate verwendet werden.
  2. Reinigen Sie die SiO2/Si Substrate in Aceton, Isopropanol und Wasser, gefolgt von einer Stickstoff-Fönen.

4. Synthese von Bulk rechteckig geformte SnSe Flocken

  1. Rang 0,010 g SnSe Pulver (siehe Tabelle der Materialien) in das saubere Keramik Boot. Legen Sie ein sauberes SiO2/Si Substrat (ca. 1,5 cm × 2 cm) auf das keramische Boot, Wachstum zugewandten SnSe Pulver. Positionieren Sie das keramische Boot in einem sauberen 1-Zoll-Durchmesser-Quarz-Rohr.
  2. Legen Sie den Durchmesser von 1 Zoll Quarzrohr innerhalb einer horizontalen Rohrofen mit einem 2-Zoll-Durchmesser Quarzrohr auf der Außenseite, und sicherzustellen Sie, dass die Keramik Boot flussaufwärts der Heizzone der Rohrofen liegt. Ziehen Sie die Laschen an beiden Enden des Rohres und schließen Sie das Entlüftungsventil, das die 2-Zoll-Durchmesser Quarzrohr Dichtungen.
  3. Schalten Sie die Pumpe, die mit dem Quarzrohr, Pumpe das Rohr mit einem Druck von ~ 1 × 10-2 Mbar, Luft und Feuchtigkeit in das Rohr zu entfernen verbindet. Nach, dass der Druck erreicht ist, schalten Sie die Pumpe aus.
  4. Öffnen Sie dann die Träger Gasventile, mit Hilfe der Gaszähler, um die Gasströme zu kontrollieren. Stellen 40 standard cm3 / min. (Sccm) Ar und 10 Sccm H2 (Reinheit: 99,9 %) in das Quarzrohr bis Atmosphärendruck erreicht wurde. Öffnen Sie die Entlüftungsventilen um einen kontinuierlichen Fluss von Gas in die Quarzröhren zu ermöglichen.
  5. Schließen Sie den Deckel des Ofens und erhitzen Sie schnell Rohrofen mit einem 35 oC Heizung-Minutentarif.
  6. Wenn die Temperatur in der Mitte des Ofens 700 oC nähert, bewegen Sie schnell Rohrofen SnSe Pulver in der Mitte des Ofens zu positionieren. Das SnSe Pulver verdunsten, und die Masse, die SnSe Flocken werden auf der SiO2/Si Oberfläche hinterlegen.
  7. Öffnen Sie nach 15 min Wachstumszeit den Ofen Deckel um schnell Rohrofen auf Raumtemperatur abkühlen. Unterdessen stellen Sie den Fluss von Ar/H2 Trägergas auf maximum, die dazu beitragen, um die nicht umgesetztes Gas oder Partikel aus den Rohren zu fahren. Nach Abschluss des Wachstumsprozesses bulk SnSe Flocken auf der Oberfläche der SiO2/Si Substrate gewonnen werden.

5. Herstellung von einschichtigen rechteckig geformte SnSe Flocken

  1. Legen Sie als gewachsen Bulk SnSe/SiO2/Si Probe nach oben auf ein neues sauber Keramik Boot. Positionieren Sie das keramische Boot innerhalb einer neuen sauberen 1-Zoll-Durchmesser Quarzrohr.
  2. Setzen Sie die 1-Zoll-Durchmesser Quarzrohr innerhalb der horizontalen Rohrofen mit einem 2-Zoll-Durchmesser Quarzrohr mit dem keramischen Boot befindet sich oberhalb der Heizzone der Rohrofen. Ziehen Sie die Laschen an beiden Enden des Rohres und schließen Sie das Entlüftungsventil um die 2-Zoll-Durchmesser Quarzrohr zu versiegeln.
  3. Schalten Sie die Pumpe, die mit dem Quarzrohr, Pumpe Unterrohr mit einem Druck von ~ 1 × 10-2 Mbar, Luft und Feuchtigkeit in das Rohr zu entfernen verbindet. Wenn das erreicht ist, schalten Sie die Pumpe.
  4. Öffnen Sie die Träger Gasventile, mit Hilfe der Gaszähler, um die Gasströme zu kontrollieren. Einführen von 50 Sccm N2 (Reinheit: 99,9 %) in das Quarzrohr bis Luftdruck erreicht ist. Öffnen Sie die Entlüftungsventilen um einen kontinuierlichen Fluss von Gas in die Quarzröhren zu ermöglichen.
  5. Schließen Sie den Deckel des Ofens und erhitzen Sie schnell Rohrofen 700 oC in nur 20 Minuten.
  6. Wenn die Temperatur in der Mitte des Ofens 700 oC nähert, bewegen Sie schnell Rohrofen SnSe/SiO2/Si Gesamtprobe in der Mitte des Ofens zu positionieren.
  7. Pflegen Sie den Ofen auf 700 oC für ~ 5-20 min um die Radierung abzuschließen. Danach öffnen Sie den Deckel des Ofens, und kühlen Sie schnell die Rohrofen auf Raumtemperatur ab. Unterdessen halten Sie den Gasstrom N2 auf ein Maximum, die dazu beitragen, um die nicht umgesetztes Gas oder Partikel aus den Rohren zu fahren. Nach Abschluss der Ätzvorgang beobachten Sie die Einzellagen-rechteckigen geformten SnSe Flocken auf der Oberfläche der SiO2/Si Substrate erhalten.
    Hinweis: Die Radierung Gas- und Radierung Zeit sind die wichtigsten Steuerungsgrößen in diesem Prozess. Die Radierung ist untersucht, in Referenz 29, so sehen Referenz 29 für weitere Details.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Schematische Darstellungen der experimentellen Apparat, optische Bilder, atomic Force Microscopy (AFM) Bilder, Rasterelektronenmikroskopie (SEM) Bilder scannen, und Übertragung Elektronenmikroskopie (TEM) Bilder von vorgefertigten SnSe Flocken sind in Abbildung 1dargestellt, Abbildung 2und Abbildung 3. Die optische Bilder werden von einem herkömmlichen Lichtmikroskop durchgeführt. Das Okular ist 10 X, und das Objektiv ist 20 X und 50 X 100 X. Die Einwirkzeit beträgt ca. 0,3 Sekunden. Die Auflösung des gewonnenen optischen Bildes beträgt 1, 376 × 1, 038. Die Scangröße ist 30 µm mit einem Seitenverhältnis von 1. Die X und Y Offsets und Winkel sind beide als 0 eingestellt. Die Abtastrate ist 3,92 Hz mit einer 512 Probe/Linie. Die integralen Verstärkung und proportionale Verstärkung werden als 1.000 und 5.000, festgelegt. Amplitude Sollwert, Antriebsfrequenz und Amplitude als 208,9 mV, 1400,789 KHz, 85.14 mV, beziehungsweise. SEM und TEM Bilder wurden durchgeführt in einem Elektronenmikroskop betrieben um 30 kV und 200 kV, beziehungsweise.

Abbildung 1 zeigt den Prozess des Verdampfen des Vorläufer SnSe Pulver, das auf der SiO2/Si Oberfläche wachsen große rechteckige Bulk SnSe Flocken durch ein Dampf Deposition Fördertechnik in der Atmosphärendruck Quarz ablagern Rohr-System. Um einschichtige SnSe Flocken zu fabrizieren, übertragen wir als gewachsen SnSe/SiO2/Si Gesamtprobe in einem angrenzenden Rohrofen für Stickstoff Radierung. Beschäftigen wir keine thermischen/chemischen Behandlungsmethoden, noch waren sie nach der Wachstumsprozesse notwendig.

Figure 1
Abbildung 1: Synthese. Schematische Darstellungen zeigen die experimentellen Vorrichtung und Verfahren zur Synthese bulk rechteckige SnSe Flocken und Herstellung von einschichtigen, die rechteckige SnSe Flocken. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 2 zeigt die optische Mikroskopie und AFM Charakterisierung der Morphologie der Masse als synthetisiert und einlagig SnSe Flocken. Wir fanden, dass die Masse und einlagig SnSe Flocken ungefähr rechteckig sind und zufällig auf den SiO2/Si Substraten wachsen. Abbildung 2a -d und Abbildung 2f-i: Wir erhalten SnSe Flocken, die ca. 30 µm × 50 µm groß, etwa 200 Mal größer als einschichtige Single-kristalline SnSe Nanosheets erzielten Li Et Al. 28 Abbildung 2e zeigt ein AFM-Bild mit dem entsprechenden Linienprofil einer typischen synthetisierte Masse SnSe Flake, enthüllt eine Ebene Fläche mit einer Dicke von ca. 54,9 ± 5,6 nm. Wir haben eine Dicke von ~6.8 ± 1,4 gemessen Å für die ultra-dünnen rechteckigen SnSe Flocken (Abbildung 2j), in der Nähe der theoretische Wert der einlagigen SnSe von 5.749 Å18.

Figure 2
Abbildung 2: Bilder von SnSe Flocken. Optische Bilder als synthetisiert (a-d) und Einzellagen (f-i) rechteckig geformte SnSe Flocken. Typische AFM Bilder der Masse (e) und Einzellagen (j) rechteckige geprägt SnSe Flocken an den Flocke Rändern der (ein) und (f), beziehungsweise. Urheberrecht: IOP Publishing (Erlaubnis zur Vervielfältigung erforderlich). Diese Zahl wurde von Jiang Et Al. modifiziert 29 Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Um die Mikro-Struktur und chemischen Zusammensetzung als synthetisiert Proben zu analysieren, die Masse und einschichtige SnSe Flocken von SEM und Energy dispersive x-ray Spektrometrie (EDX) gekennzeichnet. Abbildung 3a -b zeigt die typischen SEM Bilder der Bulk- und einschichtige SnSe Flocken, die nach dem Zufallsprinzip auf der Oberfläche des Wafers SiO2/Si verteilt sind. Wir können sehen, dass die Masse und die einlagigen SnSe Flocken etwa rechteckig mit Abmessungen von ca. 30 µm × 50 µm, in exzellenter Übereinstimmung mit den Ergebnissen aus optischen Mikroskopie-Bildern (Abbildung 2). Das EDX-Spektrum (Abbildung 3 c) zeigt eine 1:0.92 Atomverhältnis von Sn und Se in der als synthetisiert Gesamtprobe, die stöchiometrische SnSe und nicht SnSe2bestätigt. 3d Abbildung zeigt ein typisches TEM Bild des übertragenen SnSe Fragments. Den ausgewählten Bereich Elektron Beugungsmuster (SAED) eines einschichtigen SnSe Fragments zeigt deutlich eine orthogonal symmetrischen Beugungsmuster (Abbildung 3e), darauf hinweist, dass unsere Probe Einkristall in der Natur. Die einschichtige SnSe Flocken sind normalerweise entlang der Richtung [100] Ebene orientiert, wie die SAED auch eine spot Muster 0 kl Reflexion zeigt. Abbildung 3f zeigt das Bild mit hoher Auflösung TEM (HR-TEM) des übertragenen SnSe Fragments mit zwei scheinbare orthogonalen Gitter Fransen aus der und Flächen und Gitterabstände von ca. 0,30 nm. Der Winkel zwischen der Gitter-Fransen beträgt ca. 86,5o, das entspricht einem orthorhombic Kristallstruktur, im Einvernehmen mit Theorie18.

Figure 3
Abbildung 3: REM-Aufnahme (ein) und EDX-Spektrum (c) der Masse SnSe Flocken; REM-Bild (b), TEM Bild (d), SAED Muster (e) und hochauflösende TEM Bild (f) der Einzellagen-rechteckig geformte SnSe Flakes fragment, beziehungsweise. Urheberrecht: IOP Publishing (Erlaubnis zur Vervielfältigung erforderlich). Diese Zahl wurde von Jiang Et Al. modifiziert 29 Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Hier ist die Kombination aus einer Dampf-Transport-Abscheidungsverfahren und ein Stickstoff Radierung Technik in einem atmosphärischen Druck-System erstmals gemeldet. In diesem Protokoll sind die entscheidenden Schritte im Abschnitt der Herstellung von einschichtigen SnSe Flocken.

Obwohl die Mischproben geätzt werden können, um eine qualitativ hochwertige Einscheiben-Stichprobe zu bilden, die Dicke der Mischproben sollte einheitlich sein und die Zersetzungstemperatur von Mischproben sollte höher sein als die Temperatur der Radierung. Die daraus resultierende Probe hat eine geringe Reichweite Dichte, durch die meisten Mischproben Ätzung komplett.

Für die Anwendung des Raster-Tunnel-Mikroskopie (STM) ist die Abdeckung Dichte von Einzellagen-Proben nicht genug. Für die Anwendung von optoelektronischen Geräten ist die dichte Abdeckung jedoch zufriedenstellend. Da gab es ein letzten Anstieg Interesse an neuartigen 2D Gruppe-IV Monochalcogenides Materialien, denken wir, dass diese einfache zweistufige Fertigung Technik auf verlängert werden kann und für andere hilfreich bei der Vorbereitung der anderen großen qualitativ hochwertige werden ultradünne 2D Materialien.

Die Untersuchung der Langzeitstabilität, XRD Analyse und Raman-Charakterisierung von SnSe Flocken finden Sie ebenfalls29.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Wir haben nichts zu veröffentlichen.

Acknowledgments

Diese Forschung wurde unterstützt durch die 1.000 Talente-Programm für junge Wissenschaftler der China National Natural Science Foundation of China (Grant Nr. 51472164), die A * STAR-Pharos-Programm (Grant Nr. 152 70 00014), und Einrichtung von NUS Center for Advanced 2D unterstützen Materialien.

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

Engineering vapor Ausgabe 133 großformatige Einzellagen rechteckige SnSe Flocken zweistufigen synthetische Methode Transport Ablagerung Luftdruck-System Stickstoff Radierung Technik
Atmosphärendruck-Herstellung von großformatigen Einzellagen-rechteckige SnSe Flocken
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