本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，具體涉及碘化鉍二維材料、制備及其在電學(xué)、光電學(xué)器件中的應(yīng)用。

技術(shù)背景

碘化鉍是一種層狀材料。

石墨烯的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了科學(xué)界對(duì)二維層狀材料的研究熱潮，特別是對(duì)于探究以mos2為代表的二維過(guò)渡金屬二硫族化合物(2d-tmds)在原子級(jí)厚度時(shí)所具有的新的物理化學(xué)性質(zhì)^[1-2]。二維過(guò)度金屬硫化物的層間作用力是范德華作用力，使得2d-tmds很容易被剝離成單層或者少層，并且在不要求晶格匹配的情況下與其他二維材料形成范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)(vdwhs)。近期的研究報(bào)道了很多關(guān)于2d-tmds和vdwhs的實(shí)際應(yīng)用，包括原子厚度的晶體管、垂直隧道晶體管、垂直場(chǎng)效應(yīng)晶體管等等。目前為止，大多數(shù)研究主要集中在石墨烯、六角氮化硼和層狀硫族材料(如mos2、ws2、nbse2、bi2te3)。

為了進(jìn)一步探索其他具有潛能的二維材料，關(guān)于金屬碘化物的研究也逐漸被報(bào)道。碘化鉍作為一種層狀材料拓展了二維材料家族，所述的碘化鉍納米片拓展了新的二維材料，可以應(yīng)用于輻射探測(cè)器、x射線檢測(cè)等，其垂直異質(zhì)結(jié)及電學(xué)、光電學(xué)器件的制備為發(fā)現(xiàn)新的電子、光電子器件設(shè)備提供了新的可能。

基于其獨(dú)特的二維層狀結(jié)構(gòu)，二維碘化鉍具備許多優(yōu)良的性能。碘化鉍的帶隙相對(duì)較寬，且bi和i的原子序數(shù)較大使得bii3可以應(yīng)用于輻射探測(cè)器、x射線檢測(cè)等等^[3]。近期的研究表明bii3是一種在薄膜光伏設(shè)備方面很有潛力的材料^[4]。盡管碘化鉍納米片具有如此大的潛能，但目前制備不同厚度，結(jié)晶性好，形貌好的碘化鉍納米片還尚待研究。

雖然，厚度1-10μm的單晶碘化鉍微米片已經(jīng)通過(guò)開流升華過(guò)程被制備出來(lái)^[5]，厚度為50-400μm的單晶碘化鉍納米片已經(jīng)通過(guò)物理氣相沉積方法在高真空的條件下被制備出來(lái)^[6]。但現(xiàn)存的制備方法物理氣相沉積，制備出來(lái)的碘化鉍納米片厚度達(dá)微米水平且需要在真空條件在進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]novoselov，k.s.；geim，a.k.；morozov，s.；jiang，d.；zhang，y.；dubonos，s.a.；grigorieva，i.；firsov，a.electricfieldeffectinatomicallythincarbonfilms.science.2004，306，5696，666-669.

[2]radisavljevic，b.；radenovic，a.；brivio，j.；giacometti，v.；kis，a.single-layermos2transistors.nat.nanotechnol.2011，6，147-150.

[3]podraza，n.j.；qiu，w.；hinojosa，b.b.；xu，h.；motyka，m.a.；phillpot，s.r.；baciak，j.e.；trolier-mckinstry，s.；nino，j.c.bandgapandstructureofsinglecrystalbii3：resolvingdiscrepanciesinliterature.appliedphysics.2013，114(3)，033110.

[4]lintereur，a.t.；qiu，w.；nino，j.c.characterizationofbismuthtri-iodidesinglecrystalsforwideband-gapsemiconductorradiationdetectors.nuclearinstrumentsandmethodsinphysicsresearchsectiona.2011，652(1)，166-169.

[5]curtis，b.j.；brunner，h.r.thecrystalgrowthofbismuthiodide.mater.res.bull.1974，9，715-720.

[6]nason，d.；keller，l.thegrowthandcrystallographyofbismuthtri-iodidecrystalsgrownbyvaportransport.j.cryst.growth.1995，156，221-226.

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的在于解決現(xiàn)有制備方法存在制得的納米片厚、形貌不均一、結(jié)晶性差、形貌差等技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種碘化鉍二維材料的制備方法，通過(guò)更換基底，可制得碘化鉍納米片和碘化鉍異質(zhì)結(jié)產(chǎn)品。

本發(fā)明的第二目的在于提供采用所述的制備方法制得的碘化鉍二維材料，具體包括所制得的碘化鉍納米片、碘化鉍異質(zhì)結(jié)。

本發(fā)明的第三目的在于提供所述制備方法制得的碘化鉍二維材料的應(yīng)用，將其應(yīng)用于電學(xué)、光電學(xué)器具的制備；進(jìn)而提升制得的元件的性能。

一種碘化鉍二維材料的制備方法，將碘化鉍粉末在305～360℃的溫度、5～225sccm的載氣流量下物理氣相沉積在基底表面，制得碘化鉍納米片；或物理氣相沉積在長(zhǎng)有二維材料a的基底表面，制得垂直異質(zhì)結(jié)碘化鉍-二維材料a。

本發(fā)明中，在所述的生長(zhǎng)溫度和載氣流量的協(xié)同下，可制得具有良好形貌、厚度為納米級(jí)的納米片，此外，還可成功制得異質(zhì)結(jié)。

本發(fā)明中，通過(guò)氣相沉積中的基底的選擇，可采用本發(fā)明所述的制備方法制備納米片材料，或者異質(zhì)結(jié)材料。

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在制備碘化鉍納米片時(shí)，在合適的生長(zhǎng)溫度和載氣流量下，有助于改善制得的碘化鉍納米片的形貌、控制制得的納米片厚度、改善材料的結(jié)晶性能等。

作為優(yōu)選，所述的制備方法中，將碘化鉍粉末在305-325℃的溫度、100-225sccm的載氣流量下氣相沉積在基底表面，在基底表面形成碘化鉍納米片。

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，制備碘化鉍納米片的過(guò)程中，優(yōu)選的生長(zhǎng)溫度為305-325℃；優(yōu)選的載氣流量為100-225sccm；在該優(yōu)選的生長(zhǎng)溫度和載氣流量的協(xié)同下，可制得形貌均一性好、結(jié)晶性好、且厚度可控制在納米級(jí)的碘化鉍納米片。研究還發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)溫度高于所選范圍的上限，得到的部分碘化鉍與硅片基底呈一定角度且厚度達(dá)到微米級(jí)別；低于所述的優(yōu)選溫度下限，得到的納米片形狀不規(guī)則呈四邊形或者五邊形；流量高于所優(yōu)選的范圍上限，得到的納米片不完整；流量低于所述的優(yōu)選流量下限，得到的納米片密度太小。

進(jìn)一步優(yōu)選，制備碘化鉍納米片的過(guò)程中，生長(zhǎng)溫度為305-310℃；載氣流量為100-225sccm。

本發(fā)明中，制備碘化鉍納米片的過(guò)程中，在所述優(yōu)選的生長(zhǎng)溫度和載氣流量下，物理氣相沉積時(shí)間優(yōu)選為10-20min；進(jìn)一步優(yōu)選為10-15min。

作為優(yōu)選，所述的基底為si/sio2基底、藍(lán)寶石基底或云母基底；進(jìn)一步優(yōu)選為si/300nmsio2基底。

本發(fā)明一種優(yōu)選的碘化鉍納米片的制備方法，將碘化鉍粉末在305-325℃的溫度、100-225sccm的載氣流量下氣相沉積在si/300nmsio2基底表面恒溫沉積10-20min，從而在基底表面形成碘化鉍納米片。

本發(fā)明制得的碘化鉍納米片的厚度為10-120nm，大小為3-10μm。形貌良好為六邊形，結(jié)晶度好，質(zhì)量高。

本發(fā)明用常壓物理氣相沉積制備的碘化鉍納米片厚度為10-120nm，而現(xiàn)存的低壓物理氣相沉積方法制備的碘化鉍納米片厚度為10-100μm。本發(fā)明方法操作更簡(jiǎn)便，且制得的產(chǎn)物的形態(tài)更優(yōu)。

本發(fā)明所述的碘化鉍二維材料的制備方法的另一應(yīng)用，采用該制備方法，繼續(xù)在沉積有二維材料的基底表面沉積碘化鉍，制得碘化鉍垂直異質(zhì)結(jié)。

采用本發(fā)明所述的方法，首次成功合成了碘化鉍-二維材料a的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，采用該制備方法制備碘化鉍垂直異質(zhì)結(jié)的方法優(yōu)選為：將碘化鉍粉末在345～360℃的溫度、5～15sccm的載氣流量下垂直沉積在二維材料a的基底表面，制得垂直異質(zhì)結(jié)碘化鉍-二維材料a。

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在制備碘化鉍垂直異質(zhì)結(jié)的過(guò)程中，在345～360℃的優(yōu)選成長(zhǎng)溫度以及5～15sccm的優(yōu)選載氣流量下，制得的異質(zhì)結(jié)的性能更好。在該優(yōu)選條件下，在二維材料a表面生長(zhǎng)的碘化鉍形狀規(guī)則，結(jié)晶好，且大小在5-10μm，厚度為10-120nm。

作為優(yōu)選，碘化鉍垂直異質(zhì)結(jié)的制備過(guò)程中，先將碘化鉍粉末升溫至成長(zhǎng)溫度后，再將沉積有二維材料a的基底由室溫環(huán)境置于氣相沉積區(qū)，制得垂直異質(zhì)結(jié)碘化鉍-二維材料a。

本發(fā)明中，通過(guò)所述的該操作，再配合所述的生長(zhǎng)溫度和流量的協(xié)同控制，可進(jìn)一步有利于制得所述的垂直異質(zhì)結(jié)。

優(yōu)選的制備碘化鉍垂直異質(zhì)結(jié)的制備過(guò)程中，優(yōu)選的物理氣相沉積時(shí)間為5～10s。

進(jìn)一步優(yōu)選，二維材料a為wse2或ws2。采用所述的制備方法，可制得垂直異質(zhì)結(jié)bii3/wse2或垂直異質(zhì)結(jié)bii3/ws2。

在基底表面氣相沉積wse2或ws2納米片的方法可選有現(xiàn)有常規(guī)方法。

本發(fā)明所述的垂直異質(zhì)結(jié)bii3/wse2或垂直異質(zhì)結(jié)bii3/ws2的制備過(guò)程中，將碘化鉍粉末升溫至成長(zhǎng)溫度后，再將沉積有wse2或ws2納米片的基底由室溫環(huán)境置于氣相沉積區(qū)，從而制得垂直異質(zhì)結(jié)bii3/wse2或bii3/ws2。

本發(fā)明所述碘化鉍二維材料的制備方法，在制備碘化鉍垂直異質(zhì)結(jié)過(guò)程中，合適的生長(zhǎng)溫度、載氣流量下有助于改善制得的垂直異質(zhì)結(jié)的性能。

更進(jìn)一步優(yōu)選，垂直異質(zhì)結(jié)碘化鉍-二維材料a制備過(guò)程中，碘化鉍粉末的成長(zhǎng)溫度為350～360℃；載氣流量為5～10sccm；沉積時(shí)間為5～10s。

垂直異質(zhì)結(jié)bii3/wse2或bii3/ws2的制備過(guò)程中，將碘化鉍粉末在恒溫區(qū)升溫，升溫過(guò)程中將沉積有wse2或ws2納米片的基底置于常溫環(huán)境下，碘化鉍升溫至350～360℃后，將沉積有wse2或ws2納米片的基底再置于沉積區(qū)，在5～10sccm的載氣流量下氣相沉積5～10s，使碘化鉍垂直生長(zhǎng)在基底的wse2或ws2納米片表面。

更進(jìn)一步優(yōu)選，垂直異質(zhì)結(jié)碘化鉍-二維材料a制備過(guò)程中，碘化鉍粉末的成長(zhǎng)溫度為350～355℃；載氣流量為5～10sccm；沉積時(shí)間為5～10s。

一種最優(yōu)選的bii3/wse2、bii3/ws2垂直異質(zhì)結(jié)的制備方法，采用物理氣相沉積方法，用碘化鉍粉末作為原料放置在恒溫區(qū)(粉末源升溫區(qū))，將長(zhǎng)有wse2或ws2的si/300nmsio2作為基底放置在管式爐外面(室溫)，待恒溫區(qū)的碘化鉍粉末升溫至350℃后，將該基底推入變溫區(qū)(基底沉積區(qū))，在5sccm的氬氣流量下恒溫沉積10s后將基底拉出沉積區(qū)，得到bii3/wse2，bii3/ws2垂直異質(zhì)結(jié)。

本發(fā)明實(shí)施所述制備方法的氣相沉積裝置，包括石英管，所述的石英管的中部腔室為高溫恒溫區(qū)，bii3原料粉末放置在高溫恒溫區(qū)，所述的裝置還設(shè)置有加熱所述高溫恒溫區(qū)的加熱裝置；所述的石英管的一端的腔室為變溫沉積區(qū)，基底和/或沉積有二維材料a的基底放置在變溫沉積區(qū)域；

所述的石英管二端均設(shè)置有氣孔，其中，靠近變溫沉積區(qū)的氣孔為出氣孔；相對(duì)端的氣孔為進(jìn)氣孔。

本發(fā)明還對(duì)制備bii3/wse2、bii3/ws2垂直異質(zhì)結(jié)的氣相沉積裝置進(jìn)行了改進(jìn)，在石英管的下游設(shè)置有驅(qū)動(dòng)裝有基底的瓷舟在石英管內(nèi)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。

優(yōu)選的氣相沉積裝置，所述的傳動(dòng)裝置包括設(shè)置在石英管的內(nèi)瓷塊、以及將裝載有基底的瓷舟與內(nèi)瓷塊剛性連接的棒體；所述的石英管外壁還設(shè)置有與內(nèi)瓷塊磁性相吸的外磁體。

在所述的異質(zhì)結(jié)制備起始時(shí)段，驅(qū)動(dòng)外磁體向石英管尾端運(yùn)動(dòng)，通過(guò)內(nèi)、外磁體以及所述的傳動(dòng)裝置的配合，使轉(zhuǎn)載有基底的瓷舟處于石英管沉積區(qū)的下游(接近室溫條件)；使bii3升溫至生長(zhǎng)溫度過(guò)程中，基底距離沉積區(qū)一段距離。待bii3升溫至生長(zhǎng)溫度，驅(qū)動(dòng)外磁體向沉積區(qū)運(yùn)動(dòng)，從而通過(guò)所述的內(nèi)磁體以及棒體驅(qū)使轉(zhuǎn)載有基底的瓷舟運(yùn)動(dòng)至沉積區(qū)；沉積完成后，再次驅(qū)動(dòng)外磁體，使基底向沉積區(qū)下游運(yùn)動(dòng)(接近室溫條件)。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述的棒體為石英棒。

本發(fā)明還包括一種制得的所述的碘化鉍二維材料的應(yīng)用，將其應(yīng)用于電學(xué)、光電學(xué)器件的制備中。

作為優(yōu)選，將本發(fā)明所制得的碘化鉍納米片用于制備bii3場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

作為優(yōu)選，所述的bii3場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法為：在生長(zhǎng)有碘化鉍納米片的基底上覆蓋一層石墨烯，再用電子束曝光沉積金屬得到bii3場(chǎng)效應(yīng)晶體管。該方法操作過(guò)程簡(jiǎn)單，重復(fù)性好。

一種更為優(yōu)選的bii3場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，在長(zhǎng)有碘化鉍納米片的si/300nmsio2上覆蓋一層石墨烯，再用電子束曝光沉積金屬得到bii3場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

本發(fā)明中，還包括所述的bii3/wse2，bii3/ws2垂直異質(zhì)結(jié)的應(yīng)用，將所述的bii3/wse2，bii3/ws2垂直異質(zhì)結(jié)用于制備p-n，n-n結(jié)器件。

本發(fā)明所述的bii3/wse2p-n結(jié)的制備方法，在長(zhǎng)有bii3/wse2垂直異質(zhì)結(jié)的基底上用電子束曝光沉積cr(20nm)和au(80nm)得到p-n。

本發(fā)明制得的bii3/wse2，bii3/ws2垂直異質(zhì)結(jié)構(gòu)制備得到的p-n結(jié)器件具有光電效應(yīng)，為發(fā)現(xiàn)新的電子、光電子器件設(shè)備提供了新的可能。

本發(fā)明所述的bii3/ws2n-n結(jié)的制備方法，在長(zhǎng)有bii3/ws2垂直異質(zhì)結(jié)的基底上用電子束曝光沉積cr(20nm)和au(80nm)得到n-n結(jié)。

有益效果

本發(fā)明通過(guò)常壓物理氣相沉積在優(yōu)選的生長(zhǎng)溫度和載氣流量的協(xié)同下，可制得形貌均一性好、厚度可控、結(jié)晶性好的碘化鉍納米片。使用本發(fā)明改進(jìn)的物理氣相沉積裝置可制備碘化鉍-二維材料a的垂直異質(zhì)結(jié)，重現(xiàn)性好，可控性好。

本發(fā)明所制備碘化鉍納米片厚度范圍在10-120nm，大小在3-10μm，形貌良好為六邊形，結(jié)晶度好，質(zhì)量高。運(yùn)用該方法能簡(jiǎn)單制備出bii3/wse2，bii3/ws2垂直異質(zhì)結(jié)，bii3場(chǎng)效應(yīng)晶體管及bii3/wse2，bii3/ws2垂直異質(zhì)結(jié)p-n，n-n結(jié)器件。制備異質(zhì)結(jié)的方法為其他范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備提供了參考。

本發(fā)明制備過(guò)程中無(wú)復(fù)雜操作步驟和其他原料的使用，設(shè)備簡(jiǎn)單，且操作簡(jiǎn)單易行。

本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的常壓物理氣相沉積方法得到了厚度為10-120nm的單晶碘化鉍納米片，大小在3-10μm，為單晶，質(zhì)量高；此外，還首次成功合成了碘化鉍-二維材料a的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，制備方法簡(jiǎn)單可行，為其他范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備提供了參考。

附圖說(shuō)明

圖1制備碘化鉍納米片的常壓物理氣相沉積裝置示意圖；

圖2制備bii3/wse2，bii3/ws2垂直異質(zhì)結(jié)的常壓物理氣相沉積裝置示意圖；

圖3，圖4，圖5，圖6分別為實(shí)施例1，實(shí)施例2，實(shí)施例3和實(shí)施例4制得的碘化鉍納米片的光學(xué)示意圖；

圖7，圖8分別為實(shí)施例5和實(shí)施例6制得的碘化鉍納米片光學(xué)示意圖；

圖9為實(shí)施案例7制備的bii3/wse2垂直異質(zhì)結(jié)的光學(xué)照片；

圖10為實(shí)施案例8制備的bii3/ws2垂直異質(zhì)結(jié)的光學(xué)照片；

圖11為實(shí)施案例9制備的bii3/wse2垂直異質(zhì)結(jié)的光學(xué)照片；

圖12和圖13分別為對(duì)比例1和實(shí)施例10制備的bii3/wse2垂直異質(zhì)結(jié)的光學(xué)照片；

圖14為制備的bii3場(chǎng)效應(yīng)晶體管；

圖15為bii3/wse2垂直異質(zhì)結(jié)p-n結(jié)器件；

圖16為bii3/ws2垂直異質(zhì)結(jié)n-n結(jié)器件。

具體實(shí)施方法：

下面通過(guò)實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下述內(nèi)容。

制備碘化鉍納米片的氣相沉積裝置示意圖見圖1，包括石英管1，所述的石英管1的中部腔室為高溫恒溫區(qū)2，裝載有bii3原料粉末的瓷舟3放置在高溫恒溫區(qū)，所述的裝置還設(shè)置有加熱所述高溫恒溫區(qū)的加熱裝置；所述的石英管1的一端的腔室為變溫沉積區(qū)，裝載有基底的瓷舟4放置在變溫沉積區(qū)域；

所述的石英管1二端均設(shè)置有氣孔，其中，靠近變溫沉積區(qū)的氣孔為出氣孔；相對(duì)端的氣孔為進(jìn)氣孔。

實(shí)施例1

碘化鉍納米片的制備：

將盛有0.1g碘化鉍粉末的瓷舟放在管式爐的恒溫區(qū)，一片si/300nmsio2作為bii3的生長(zhǎng)基底亮面朝上放在另外一個(gè)瓷舟上并置于爐子下游的變溫區(qū)以獲得適當(dāng)?shù)木w生長(zhǎng)溫度。加熱前，用較大流量的氬氣把石英管中的空氣排干凈。然后使?fàn)t子加熱升高到305℃，并且氬氣流量為225sccm，恒溫15min，在一定的硅片位置上就會(huì)有單晶碘化鉍納米片生成。碘化鉍納米片的實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖1所示，制備出的碘化鉍納米片的光學(xué)照片如圖3所示。

圖3為制備的碘化鉍納米片的光學(xué)示意圖，si/sio2基底為紫色，灰色、白色、淺藍(lán)、深藍(lán)的六邊形代表了不同厚度的碘化鉍(由厚到薄)，該條件下得到的碘化鉍納米片結(jié)晶性好，厚度為10-120nm，大小為3-10μm。，圖3中的標(biāo)尺為10μm。

實(shí)施例2

碘化鉍納米片的制備：

將盛有0.1g碘化鉍粉末的瓷舟放在管式爐的恒溫區(qū)，一片si/300nmsio2作為bii3的生長(zhǎng)基底亮面朝上放在另外一個(gè)瓷舟上并置于爐子下游的變溫區(qū)以獲得適當(dāng)?shù)木w生長(zhǎng)溫度。加熱前，用較大流量的氬氣把石英管中的空氣排干凈。然后使?fàn)t子加熱升高到310℃，并且氬氣流量為100sccm，恒溫10min，在一定的硅片位置上就會(huì)有單晶碘化鉍納米片生成。碘化鉍納米片的實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖1所示，制備出的碘化鉍納米片的光學(xué)照片如圖4所示。

圖4為制備的碘化鉍納米片的光學(xué)示意圖，si/sio2基底為紫色，白色的六邊形為碘化鉍，該條件下得到的碘化鉍納米片結(jié)晶性好，厚度為40-120nm，大小為1-10μm。圖4中的標(biāo)尺為10μm

實(shí)施例3

和實(shí)施例1相比，區(qū)別在于，生長(zhǎng)溫度為310℃，流量為225sccm，沉積時(shí)間為13min。圖5為制備的碘化鉍納米片的光學(xué)示意圖，si/sio2基底為紫色，白色、藍(lán)色及灰色的六邊形為碘化鉍。圖5中的標(biāo)尺為5μm。

實(shí)施例4

和實(shí)施例1相比，區(qū)別在于，生長(zhǎng)溫度為320℃，流量為225sccm，沉積時(shí)間為13min。圖6為制備的碘化鉍納米片的光學(xué)示意圖，si/sio2基底為暗紅色，白色及灰色的六邊形為碘化鉍。圖6中的標(biāo)尺為5μm。

實(shí)施例5

碘化鉍納米片的制備：

將盛有0.1g碘化鉍粉末的瓷舟放在管式爐的恒溫區(qū)，一片si/300nmsio2作為bii3的生長(zhǎng)基底亮面朝上放在另外一個(gè)瓷舟上并置于爐子下游的變溫區(qū)以獲得適當(dāng)?shù)木w生長(zhǎng)溫度。加熱前，用較大流量的氬氣把石英管中的空氣排干凈。然后使?fàn)t子加熱升高到335℃，并且氬氣流量為50sccm，恒溫20min，在一定的硅片位置上就會(huì)有單晶碘化鉍納米片生成。碘化鉍納米片的實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖1所示，制備出的碘化鉍納米片的光學(xué)照片如圖7所示。

圖7為制備的碘化鉍納米片的光學(xué)示意圖，si/sio2基底為紫色，銀色和黑色的六邊形為碘化鉍，該條件下得到的部分碘化鉍與硅片基底呈一定角度厚度達(dá)微米級(jí)別且納米片。圖7中的標(biāo)尺為10μm。

實(shí)施例6

將盛有0.1g碘化鉍粉末的瓷舟放在管式爐的恒溫區(qū)，一片si/300nmsio2作為bii3的生長(zhǎng)基底亮面朝上放在另外一個(gè)瓷舟上并置于爐子下游的變溫區(qū)以獲得適當(dāng)?shù)木w生長(zhǎng)溫度。加熱前，用較大流量的氬氣把石英管中的空氣排干凈。然后使?fàn)t子加熱升高到300℃，并且氬氣流量為150sccm，恒溫20min，在一定的硅片位置上就會(huì)有單晶碘化鉍納米片生成。碘化鉍納米片的實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖1所示，制備出的碘化鉍納米片的光學(xué)照片如圖8所示。

圖8為制備的碘化鉍納米片的光學(xué)示意圖，si/sio2基底為紫色，白色和藍(lán)色的五邊形為碘化鉍，該條件下得到的部分碘化鉍納米片形狀不規(guī)則且有部分重疊。圖8中的標(biāo)尺為10μm。

制備碘化鉍納米片的氣相沉積裝置示意圖見圖2，在圖1的基礎(chǔ)上做了一定的改進(jìn)；具體包括石英管a，所述的石英管a的中部腔室為高溫恒溫區(qū)b，裝載有bii3原料粉末的瓷舟c放置在高溫恒溫區(qū)，所述的裝置還設(shè)置有加熱所述高溫恒溫區(qū)的加熱裝置；所述的石英管a的一端的腔室為變溫沉積區(qū)；

所述的石英管a二端均設(shè)置有氣孔，其中，靠近變溫沉積區(qū)的氣孔為出氣孔；相對(duì)端的氣孔為進(jìn)氣孔。

在石英管a的下游設(shè)置有驅(qū)動(dòng)裝有基底的瓷舟在石英管內(nèi)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。

所述的氣相沉積裝置，所述的傳動(dòng)裝置包括設(shè)置在石英管a的內(nèi)瓷塊f、以及將裝載有基底的瓷舟d與內(nèi)瓷塊f剛性連接的石英棒e；所述的石英管外壁還設(shè)置有與內(nèi)瓷塊磁性相吸的外磁體g。

在所述的異質(zhì)結(jié)制備起始時(shí)段，驅(qū)動(dòng)外磁體g向石英管a尾端運(yùn)動(dòng)，通過(guò)內(nèi)、外磁體以及所述的傳動(dòng)裝置的配合，使轉(zhuǎn)載有基底的瓷舟d處于石英管沉積區(qū)的下游(接近室溫條件)；使bii3升溫至生長(zhǎng)溫度過(guò)程中，基底距離沉積區(qū)一段距離。待bii3升溫至生長(zhǎng)溫度，驅(qū)動(dòng)外磁體g向沉積區(qū)運(yùn)動(dòng)，從而通過(guò)所述的內(nèi)磁體f以及石英棒e驅(qū)使轉(zhuǎn)載有基底的瓷舟d運(yùn)動(dòng)至沉積區(qū)；沉積完成后，再次驅(qū)動(dòng)外磁體g，使基底向沉積區(qū)下游運(yùn)動(dòng)(接近室溫條件)。

實(shí)施例7

wse2納米片的制備：

將盛有0.1g硒化鎢粉末的瓷舟放在管式爐的恒溫區(qū)，一片si/300nmsio2作為wse2的生長(zhǎng)基底亮面朝上放在另外一個(gè)瓷舟上并置于爐子下游的變溫區(qū)以獲得適當(dāng)?shù)木w生長(zhǎng)溫度。加熱前，用較大流量的氬氣把石英管中的空氣排干凈。然后使?fàn)t子加熱升高到1180℃，并且氬氣流量為100sccm，恒溫10min，在一定的硅片位置上就會(huì)有單晶硒化鎢納米片生成。

bii3/wse2垂直異質(zhì)結(jié)的制備：

將盛有0.1g碘化鉍粉末的瓷舟放置在管式爐的恒溫區(qū)，將一塊長(zhǎng)有wse2納米片的si/300nmsio2作為生長(zhǎng)基片亮面朝上放在另外一個(gè)瓷舟上，置于爐子外面(室溫)。加熱前，用較大流量的氬氣把石英管中的空氣排干凈。然后設(shè)置氬氣流量為5sccm，當(dāng)爐子升到350℃，用磁鐵將硅片基底推入變溫區(qū)，恒溫10s后再將其拉出來(lái)。在一定的硅片位置上就會(huì)有bii3/wse2異質(zhì)結(jié)生成。bii3/wse2異質(zhì)結(jié)的實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖2所示，bii3/wse2異質(zhì)結(jié)的光學(xué)圖片如圖9a，b所示。

圖2中標(biāo)注了實(shí)驗(yàn)裝置的三個(gè)改進(jìn)之處：1，用長(zhǎng)有ws2或wse2的硅片作基底，并將基底在未達(dá)到bii3生長(zhǎng)溫度時(shí)至于室溫下；2，用石英棒將載有硅片的瓷舟與磁鐵連在一起；3，石英管內(nèi)壁與外壁各放置一個(gè)磁鐵，待溫度達(dá)到biis生長(zhǎng)溫度后，用外壁磁鐵的機(jī)械力將瓷舟推到變溫區(qū)，恒溫10s后再拉出來(lái)。本方法操作簡(jiǎn)單可行。圖9a，b中si/sio2基底為淡紫色，wse2為深紫色，wse2表面的白色六邊形為bii3。通過(guò)本發(fā)明制備得到的bii3/wse2異質(zhì)結(jié)可控性好，重現(xiàn)性好。

實(shí)施例8

ws2納米片的制備：

將盛有0.1g硫化鎢粉末的瓷舟放在管式爐的恒溫區(qū)，一片si/300nmsio2作為ws2的生長(zhǎng)基底亮面朝上放在另外一個(gè)瓷舟上并置于爐子下游的變溫區(qū)以獲得適當(dāng)?shù)木w生長(zhǎng)溫度。加熱前，用較大流量的氬氣把石英管中的空氣排干凈。然后使?fàn)t子加熱升高到1185℃，并且氬氣流量為85sccm，恒溫8min，在一定的硅片位置上就會(huì)有單晶硫化鎢納米片生成。

bii3/ws2垂直異質(zhì)結(jié)的制備：

將盛有0.1g碘化鉍粉末的瓷舟放置在管式爐的恒溫區(qū)，將一塊長(zhǎng)有ws2納米片的si/300nmsio2作為生長(zhǎng)基片亮面朝上放在另外一個(gè)瓷舟上，置于爐子外面(室溫)。加熱前，用較大流量的氬氣把石英管中的空氣排干凈。然后設(shè)置氬氣流量為5sccm，當(dāng)爐子升到350℃，用磁鐵將硅片基底推入變溫區(qū)，恒溫10s后再將其拉出來(lái)。在一定的硅片位置上就會(huì)有bii3/wse2異質(zhì)結(jié)生成。bii3/ws2異質(zhì)結(jié)的實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖2所示，bii3/ws2異質(zhì)結(jié)的光學(xué)圖片如圖10a，b所示。

圖10a中si/sio2基底為淡紫色，ws2為深紫色，10b中ws2為紫色，ws2表面的白色六邊形為bii3。通過(guò)本發(fā)明制備得到的bii3/ws2異質(zhì)結(jié)可控性好，重現(xiàn)性好。

實(shí)施例9

和實(shí)施例7相比，bii3/wse2垂直異質(zhì)結(jié)的制備區(qū)別在于，生長(zhǎng)溫度為355℃，流量為5sccm，沉積時(shí)間為12s。bii3/ws2異質(zhì)結(jié)的實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖2所示，bii3/ws2異質(zhì)結(jié)的光學(xué)圖片如圖11所示。

圖11中si/sio2基底為淡紫色，wse2為深紫色，wse2表面的白色六邊形為bii3。通過(guò)本發(fā)明制備得到的bii3/ws2異質(zhì)結(jié)可控性好，重現(xiàn)性好。

對(duì)比例1

和實(shí)施例7相比，垂直異質(zhì)結(jié)的制備區(qū)別在于原料粉末升溫階段，基底已置于沉積區(qū)；未在升溫至生長(zhǎng)溫度后置于沉積區(qū)。所制備得到的bii3/wse2異質(zhì)結(jié)的光學(xué)圖片如圖12所示。

圖12中si/sio2基底為淡紫色，wse2的表面被bii3完全覆蓋且厚度不均勻。圖中標(biāo)尺為10μm。

實(shí)施例10

和實(shí)施例7相比，垂直異質(zhì)結(jié)的制備區(qū)別在于，生長(zhǎng)溫度為310℃，流量為125sccm，沉積時(shí)間為10s。所制備得到的bbii3/wse2異質(zhì)結(jié)的光學(xué)圖片如圖13所示。

圖13中si/sio2基底為淡紫色，紫色三角形為wse2，而wse2表面的碘化鉍大多沒(méi)有規(guī)則形狀，呈圓形。圖中標(biāo)尺為10μm。

實(shí)施例11

bii3場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，在長(zhǎng)有碘化鉍納米片的si/300nmsio2上蓋一層石墨烯，再用電子束曝光沉積金屬au得到bii3場(chǎng)效應(yīng)晶體管。制備出的bii3場(chǎng)效應(yīng)晶體管的圖片如圖14所示。

圖14中si/sio2基底為棕色，碘化鉍為黃色六邊形，碘化鉍表面的兩個(gè)金色長(zhǎng)矩形為沉積的金屬au。標(biāo)尺為10μm。

實(shí)施例12

bii3/wse2垂直異質(zhì)結(jié)p-n結(jié)器件的制備方法，在長(zhǎng)有bii3/wse2，垂直異質(zhì)結(jié)的si/300nmsio2上用電子束曝光沉積cr(20nm)和au(80nm)得到p-n結(jié)。圖15為bii3/wse2垂直異質(zhì)結(jié)p-n結(jié)器件的光學(xué)照片。

圖15中si/sio2基底為棕色，wse2為紫色，wse2表面的黃色六邊形為bii3，bii3和wse2表面的金色矩形分別為沉積的金屬cr和au。標(biāo)尺為10μm。

實(shí)施例13

bii3/ws2垂直異質(zhì)結(jié)n-n結(jié)器件的制備方法，在長(zhǎng)有bii3/ws2垂直異質(zhì)結(jié)的si/300nmsio2上用電子束曝光沉積cr(20nm)和au(80nm)得到p-n結(jié)。圖16bii3/ws2垂直異質(zhì)結(jié)p-n結(jié)器件的光學(xué)照片

圖16中si/sio2基底為棕色，ws2為藍(lán)色，ws2表面的黃色六邊形為bii3，bii3和wse2表面的金色矩形分別為沉積的金屬cr和au標(biāo)尺為10μm。