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CVD生长薄层二硒化锡用于光电探测

发布时间:2018-7-11 9:51:55      阅读66

  二维半导体材料由于其比表面积大且带隙可调的特性在电子和光电领域有潜在应用,二硒化锡是一类新的二维半导体材料,具有与二硫化钼相似的结构,其中Sn层被两层Se层夹在中间形成一种稳定的三明治“三层”结构。与受到广泛研究的过渡金属硫化物不同,二硒化锡属于ⅣA-ⅥA族半导体,地球中储量丰富、环境友好,成本低廉。有研究表明二硒化锡可以在激光加热过程中快速可逆的从非晶态转变为晶态,这种转变使得光反射度有明显的改变,并且有可能应用于数据存储。然而大部分二硒化锡薄膜都是通过磁控溅射或者分子束外延沉积获得。近期有报道机械剥离的二硒化锡晶体具有高的载流子迁移率8.6 cm2 V-1 s-1。也有一些报道通过化学气相沉积法获得二硒化锡,然而获得的SnSe2通常较厚,且有SnSe和Se等伴生产物产生,CVD薄层均匀单晶的SnSe2晶片对于研究二硒化锡的基本性质有十分重要的意义。

  华中科技大学翟天佑课题组首次合成出三角形单晶薄层SnSe2,最薄晶片的厚度仅为1.5 nm,相当于两个原子层厚度,三角形晶片边长可达到40μm。合成方法是将0.1g的Se粉和0.01g的SnI2粉末分别放置不同的位置,在气流下方距离炉子中心约15 cm的位置处放置云母基底,炉子中心区的温度在600℃保温15min,载气用Ar 20 sccm和H25 sccm。反应在常压下进行。
与其他具有熔点的固体前驱体(SnSe、SnO2等)相比,研究者使用SnI2作为Sn源由于其低熔点可以提供更加均匀稳定的CVD生长环境,从而实现超薄二硒化锡晶片的生长。此外由于SnI2+2Se=SnSe2+I2这一反应中碘I2被认为是一种优异的载气,曾经在铜锌锡硫CZTS单晶的生长过程中被成功应用。通过这种方法顺利的生长出最薄达到1.5 nm的双层二硒化锡,但是单层SnSe2的生长还没有成功实现。
通过光致发光谱可知这种高质量均匀层状的二硒化锡晶片是一种间接带隙半导体,带隙为1.73eV。通过微加工金属电极测试晶片的光电探测性能,基于二硒化锡晶片的光电探测器响应度高达1.1×103 A W-1,响应速度快,响应时间14.5ms,回复时间8.1 ms,外量子效率高(2.61×105 %)。

文章链接:UltrathinSnSe2 flakes grown by chemical vapor deposition for high-performance photodetectors (Adv. Mater.2015, 27, 8035, DOI: 10.1002/adma.201503873)

来源:OIL实验室

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