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气相沉积硒化锡超薄片的温度依赖性拉曼响应

发布时间:2018-5-22 11:44:40      阅读1225

  近年来,包括石墨烯,黑磷(BP),过渡金属硫族化合物(TMDCs)和六方氮化硼(h-BN)在内的二维层状材料受到大量关注,成为一类有具有优异电学和光学性能的的新材料。硒化锡(SnSe)是一种典型的IV-VI族金属硫化物层状材料。近期,人们发现硒化锡(SnSe)具有超低热导率和卓越的热电性能指标,这使其吸引了很多研究者的目光,硒化锡具有多种应用,如可充电锂离子电池、存储器开关器件、热电能量转换器件和近红外光电子器件.与块体硒化锡相比,二维SnSe薄膜被认为具有高光敏性和可调谐带隙。硒化锡薄膜更容易被制造成复杂的结构和器件。因此,研究二维SnSe薄膜的性能具有重要意义。
  SnSe具有正交晶体(Pnma空间群)层状晶体结构。 层间通过范德华力结合,层内Sn和Se原子彼此形成三个共价键。 因此可以通过像石墨烯和其他2D材料那样的剥落或气相沉积来获得二维SnSe薄膜。与BP类似二维SnSe的低晶格对称性可能导致其电子,热学和机械性能的非均匀各向异性。到目前为止,已有几种液相法用于制备SnSe纳米结构, 包括液相剥落,溶剂热和电沉积。此外,气相沉积可以获得结晶度好且尺寸大的SnSe。在这些方法中,气相沉积是生长二维高质量、高纯度的结晶SnSe薄膜一种可行且可控的方式。

  拉曼光谱被用作无损研究块体材料和纳米材料的热导率,声子动力学和电子-声子相互作用的快速方法。已有一些二维材料进行了温度相关拉曼光谱研究。例如,Bonini等人通过密度泛函理论(DFT)计算石墨烯和石墨拉曼峰的温度依赖性。他们发现,随着温度的升高,拉曼峰的频率发生红移,这与实验结果一致。对于少数层MoS2,研究者发现其A1g和E2g1峰的频率随温度线性变化。黑磷的温度依赖性拉曼研究为进一步了解其声子和热性质提供基础。此外,二维SnS的温度依赖系数高于石墨烯和MoS2,这使得SnS也具有热电应用的潜能。然而,迄今为止还没有SnSe的温度依赖性拉曼光谱研究。为了发展高效率的热电材料,研究气相沉积合成的高质量二维SnSe薄膜的电子-声子相互作用和热力学至关重要。

  近期有研究者系统地研究了SnSe样品的温度依赖性拉曼光谱(532,633和785nm波长)行为。SnSe薄膜通过气相沉积法制得,将SnSe源置于炉子中心,Si/SiO2接收衬底置于气流下方10-15cm处,通过反复抽真空和通Ar/H2混合气排净管式炉中空气,然后通50-60sccm Ar且抽真空以保持管内压强为120Pa,15min内快速升温到550℃后保温15min。可以获得方形SnSe薄片,尺寸约为8μm。分别用三种波长的激光光源测试SnSe片的拉曼光谱,将样品温度从98K变到298K,分析获得的拉曼光谱结果,分析特征峰的位移、强度和半高宽变化。结果表明,Ag峰和B3g峰随着温度从98K增加到298K而红移并且峰强减弱。SnSe对温度的敏感性高于MoS2,黑磷和石墨烯。这种方法可以大量应用于表征其他新型层状材料的光学,电子和热性能,也可用于测量SnSe纳米器件的温度而不会破坏。

文章链接:Temperature-DependentRaman Responses of the Vapor-Deposited Tin Selenide Ultrathin Flakes. (J. Phys.Chem. C 2017, 121, 4674−4679, DOI:10.1021/acs.jpcc.6b12059)

来源:OIL实验室

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