二维氮化镓晶体的制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种二维氮化镓晶体的制备方法，所述制备方法包括：S1、制备二维硒化镓或二维硫化镓晶体；S2、将二维硒化镓或二维硫化镓晶体置于等离子体发生装置的真空腔室中，并通入氮源使二维硒化镓或二维硫化镓晶体发生氮化反应，用氮原子替换硒原子或硫原子，得到二维氮化镓晶体。本发明专利技术通过对二维硒化镓或二维硫化镓晶体进行氮化，用氮原子替换硒化镓中的硒原子或硫化镓中的硫原子，可以实现二维氮化镓的低温生长，且可以控制氮化镓的生长厚度，生长出来的氮化镓结晶性好且高度平整，为高性能器件的制备奠定了良好的基础。高性能器件的制备奠定了良好的基础。高性能器件的制备奠定了良好的基础。

【技术实现步骤摘要】
二维氮化镓晶体的制备方法


[0001]本专利技术属于半导体材料
，具体涉及一种二维氮化镓晶体的制备方法。

技术介绍

[0002]氮化镓(GaN)是第三代氮化物半导体中的一种，是一种直接带隙半导体，其禁带宽度有3.4eV，具有诸多优良特性，如高热传导率、高击穿电场、高峰值速率、高饱和速率等特点。氮化镓在国防、航天、电信基础设施和卫星通信等多领域都有着许多重要的应用。
[0003]二维材料的材料本身也具有诸多优势，首先，其应用到器件中可以使器件尺寸更小，缺陷更少；其次，其柔性和出色的抗拉伸能力，可以做柔性电路材料；第三，其极薄的特性可用于做透明器件。二维氮化镓不仅具有以上特点，而且相比于体状氮化镓，其晶格常数变得更大，带隙蓝移，从而使得其击穿电场强度变大，增加了器件的耐压能力，器件输出功率得以提高；且量子限域效应也使得二维氮化镓有理想的深紫外发光、电输运特性。
[0004]二维氮化镓具有如此优良的性能，使其在众多领域有着广阔的应用前景。生长高质量二维氮化镓材料是制备高性能器件的基础，但目前二维氮化镓生长主要面临的问题有三个：
[0005]1、二维氮化镓生长过程一般采用限域生长的方法，如在石墨烯和碳化硅衬底中间生长二维氮化镓。这种方法生长的二维氮化镓会和衬底成键，使最终生长的氮化镓难以剥离，难以进行接下来的表征；
[0006]2、二维氮化镓的生长过程中容易发生SP3杂化，目前采用液态合金法生长二维氮化镓容易在氮化镓表C面方向不断长厚，导致体相生长；
[0007]3、二维氮化镓的表征也是十分困难，即便长出来二维氮化镓，由于其极薄的特点，且理论计算其带隙是间接带隙，也很难用现有的表征手段找到这样的材料。
[0008]因此，针对上述技术问题，有必要提供一种二维氮化镓晶体的制备方法。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种二维氮化镓晶体的制备方法。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术一实施例提供的技术方案如下：
[0011]一种二维氮化镓晶体的制备方法，所述制备方法包括：
[0012]S1、制备二维硒化镓或二维硫化镓晶体；
[0013]S2、将二维硒化镓或二维硫化镓晶体置于等离子体发生装置的真空腔室中，并通入氮源使二维硒化镓或二维硫化镓晶体发生氮化反应，用氮原子替换硒原子或硫原子，得到二维氮化镓晶体。
[0014]一实施例中，所述步骤S2中的氮源为裂解的氮气和/或裂解的氨气。
[0015]一实施例中，所述等离子体发生装置的射频功率为100W～400W，射频频率为200～500kHz。
[0016]一实施例中，所述步骤S2中氮化反应的反应温度为600℃～800℃，反应时间为
0.1h～5h，氮源的流量为0.1sccm～5sccm。
[0017]一实施例中，所述步骤S2中氮化反应前还包括：
[0018]对二维硒化镓或二维硫化镓晶体进行加热预处理，在不同的加热温度下去除二维硒化镓或二维硫化镓晶体表面的有机物、水汽、碳原子及金属杂质原子中的一种或多种。
[0019]一实施例中，所述步骤S1包括：
[0020]S11、制备二维硒化镓或二维硫化镓晶体并转移至转移衬底上；
[0021]S12、将转移衬底上的二维硒化镓或二维硫化镓晶体转移至微栅金属网上。
[0022]一实施例中，所述步骤S11包括：
[0023]清洗转移衬底；
[0024]制备二维硒化镓或二维硫化镓晶体，并将二维硒化镓或二维硫化镓晶体粘贴于载板上，采用载玻片对二维硒化镓或二维硫化镓晶体表面进行平整化；
[0025]采用第一胶带粘附二维硒化镓或二维硫化镓晶体进行减薄后，贴合至转移衬底上；
[0026]去除第一胶带，在转移衬底上得到二维硒化镓或二维硫化镓晶体；
[0027]利用氩枪轰击二维硒化镓或二维硫化镓晶体表面进行进一步减薄，然后通过在500℃～800℃范围内高温退火，恢复表面平整的形貌。
[0028]一实施例中，所述步骤S12包括：
[0029]采用第二胶带粘贴转移衬底上的二维硒化镓或二维硫化镓晶体，并贴附于微栅金属网上；
[0030]去除第二胶带，在微栅金属网上得到二维硒化镓或二维硫化镓晶体。
[0031]一实施例中，所述转移衬底为二氧化硅衬底、硅衬底或金属衬底；和/或，所述微栅金属网为微栅铜网。
[0032]一实施例中，所述步骤S2后还包括：
[0033]采用扫描电子显微镜、俄歇电子发射仪、X射线衍射仪、原子力显微镜、透射电子显微镜中的一种或多种对微栅金属网上的二维硒化镓或二维硫化镓晶体进行测试表征。
[0034]本专利技术具有以下有益效果：
[0035]本专利技术通过对二维硒化镓或二维硫化镓晶体进行氮化，用氮原子替换硒化镓中的硒原子或硫化镓中的硫原子，可以实现二维氮化镓的低温生长，且可以控制氮化镓的生长厚度，生长出来的氮化镓结晶性好且高度平整，为高性能器件的制备奠定了良好的基础。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1为本专利技术中二维氮化镓晶体制备方法的流程示意图；
[0038]图2为本专利技术一具体实施例中硒化镓转移到微栅铜网上的光镜图；
[0039]图3a为本专利技术一具体实施例中氮化后晶体的透射电子显微镜图；
[0040]图3b为本专利技术一具体实施例中氮化后晶体的晶格常数图谱；
[0041]图4a、4b分别为本专利技术一具体实施例中不同放大倍率下晶体的扫描电子显微镜图；
[0042]图5a为本专利技术一具体实施例中氮化后晶体的SEM图；
[0043]图5b为本专利技术一具体实施例中氮化后晶体的俄歇电子能谱图；
[0044]图6a为本专利技术一具体实施例中氮化后晶体的光镜图；
[0045]图6b为本专利技术一具体实施例中氮化后晶体的原子力显微镜图；
[0046]图7a为本专利技术中等离子体发生装置的结构示意图；
[0047]图7b为本专利技术中真空腔室的结构示意图。
具体实施方式
[0048]为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0049]参图1所示，本专利技术公开了一种二维氮化镓晶体的制备方法，包括：
[0050]S1、制备二维硒化镓或二维硫化镓晶体；
[0051]S2、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维氮化镓晶体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：S1、制备二维硒化镓或二维硫化镓晶体；S2、将二维硒化镓或二维硫化镓晶体置于等离子体发生装置的真空腔室中，并通入氮源使二维硒化镓或二维硫化镓晶体发生氮化反应，用氮原子替换硒原子或硫原子，得到二维氮化镓晶体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的氮源为裂解的氮气和/或裂解的氨气。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体发生装置的射频功率为100W～400W，射频频率为200～500kHz。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中氮化反应的反应温度为600℃～800℃，反应时间为0.1h～5h，氮源的流量为0.1sccm～5sccm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中氮化反应前还包括：对二维硒化镓或二维硫化镓晶体进行加热预处理，在不同的加热温度下去除二维硒化镓或二维硫化镓晶体表面的有机物、水汽、碳原子及金属杂质原子中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S11、制备二维硒化镓或二维硫化镓晶体并转移至转移衬底上；S12、将转移衬底上的二维硒化镓或二维硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟汉，宋文涛，徐耿钊，刘争晖，张春玉，陈科蓓，韩厦，徐科，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：