背景及概述[1][2]
碲化鎵是黑色質(zhì)軟的晶體，熔點824±2℃，相對密度 5.444～25，具有閃鋅礦構(gòu)造。制法：把鎵和碲等摩爾量混合加熱而得。熱力學(xué)數(shù)據(jù)如下：
制備[1]
CN201410819701.8報道了一種碲化鎵材料的制備方法，特別是涉及一種二維碲化鎵材料的制備方法。以石墨烯、過渡族金屬硫族化合物為代表的二維功能材料憑借獨特的物理、化學(xué)性質(zhì)及其巨大的研究價值，受到了人們的廣泛關(guān)注。其中二維GaTe材料屬于Ⅲ-ⅦA族化合物半導(dǎo)體，具有較大的原子序數(shù)以及合適的禁帶寬度，在光電子器件，輻射探測以及太陽能電池等領(lǐng)域都有很高的應(yīng)用價值。大面積二維GaTe材料的獲得能夠滿足大規(guī)模集成電路在較小的區(qū)域連續(xù)構(gòu)筑多個MOSFET結(jié)構(gòu)的要求，改善電子設(shè)備性能的同時進一步壓縮了成本，是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的前提。
但是截至目前為止，大面積二維 GaTe材料的穩(wěn)定制備仍然是普遍的難題。文獻1“Novoselov KS,Geim AK,Morozov SV,etal.Electric Field Effectin AtomicallyThin Carbon Films.Science,2004；306:666-669”報道了采用微機械剝離法剝 離膨脹石墨制備了二維石墨烯材料，該文獻報道的二維石墨烯的尺寸為60μm*20μm。文獻2“Jonathan N.Coleman,Mnstafa Lotya,etal.Two-Dimensional Nanosheets.Produced by Liquid Exfoliation of Layered Materials.Science,2011；331:568- 571”報道了采用有機溶劑剝離法制備了MoS2，WS2，MoSe2等多種二維材料，該文獻報道的二維材料的尺寸是5μm。文獻3“Yi-Hsien Lee,Xin-QuanZhang,Wen Jing Zhang,Lain-Jong Li, etal. Synthesisof Large-Area MoS2 Atomic Layers with Chemical Vapor Deposition. Advance Materials，2012；24:2320-2325”報道了采用化學(xué)氣相沉積法制備了二維MoS2材料，該文獻報道的 二維MoS2材料的尺寸為20μm。以上方法均制備了嚴(yán)格意義上的二維材料，但其尺寸都在100μm以下，尚不能滿足大面積二維材料的要求。
為了克服現(xiàn)有制備方法制備的碲化鎵材料面積小的不足，CN201410819701.8提供一種二維碲化鎵材料的制備方法。該方法以現(xiàn)有的微機械剝離法為基礎(chǔ)，在轉(zhuǎn)移過程中，引進溫度和壓力等參數(shù)，提高了二維GaTe材料的尺寸。在原有微機械剝離法剝離-轉(zhuǎn)移步驟的基礎(chǔ)上，設(shè)計了剝離-轉(zhuǎn)移-再剝離三步微機械剝離法。轉(zhuǎn)移時，在105pa的外加壓力和90-110℃條件下進行退火處理。最后使用思高膠帶進行再剝離操作，實現(xiàn)GaTe薄片的進一步減薄，可以增加所制備碲化鎵材料面積。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種二維碲化鎵材料的制備方 法，其特點是采用以下步驟：步驟一、采用垂直布里奇曼晶體生長法，將Ga:Te按物質(zhì)的量比1:1進行配料，制備GaTe單晶體。步驟二、在Ar氣氛下的米開羅那Universal2440-750手套箱內(nèi)，選取大塊表面光 滑無褶皺的GaTe體材料，并沿自然解理面將其分離為多塊。步驟三、在Ar氣氛下的米開羅那Universal2440-750手套箱內(nèi)，使用思高膠帶從表層光亮、損傷較小的GaTe塊體材料表面撕離一塊厚度約為6-8μm的GaTe薄片。步驟四、在Ar氣氛下的米開羅那Universal2440-750手套箱內(nèi)，將帶有GaTe薄片的思高膠帶多次粘合分離，直至膠帶表面不再光亮，成功附著較為密集的數(shù)百納米厚度的GaTe片層。
為了保護GaTe體材料平整的表面，剝離時應(yīng)使GaTe表面與膠帶表面充分接觸。在膠帶分離過程中，要單方向緩慢進行。步驟五、選擇膠帶表面層狀GaTe分布較為密集且殘膠較少的區(qū)域進行轉(zhuǎn)移，即將膠帶上的GaTe薄片轉(zhuǎn)移到厚度為300nm的SiO2襯底表面。同時使用重物施加105Pa 的壓力并在90℃-110℃下退火處理22-24h。步驟六、GaTe片層的減薄，即再剝離。利用3M思高膠帶反復(fù)粘連，將附著在二 氧化硅表面的GaTe進一步剝離，再使用蘸有丙酮的棉球擦除襯底表面的殘膠。
CN201410819701.8的有益效果是：該方法以現(xiàn)有的微機械剝離法為基礎(chǔ)，在轉(zhuǎn)移過程中，引 進溫度和壓力等參數(shù)，提高了二維GaTe材料的尺寸。在原有微機械剝離法剝離-轉(zhuǎn)移 步驟的基礎(chǔ)上，設(shè)計了剝離-轉(zhuǎn)移-再剝離三步微機械剝離法。轉(zhuǎn)移時，在105pa的外加 壓力和90-110℃條件下進行退火處理。最后使用思高膠帶進行再剝離操作，實現(xiàn)GaTe 薄片的進一步減薄。由于在轉(zhuǎn)移階段引入了外加壓力下的退火工藝過程以及后續(xù)的再 剝離減薄過程，穩(wěn)定得到了大面積的二維GaTe材料。二維GaTe材料尺寸由背景技術(shù) 的5-60μm提高到200-600μm。
主要參考資料
[1] 化合物詞典
[2]實用無機物熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊
[3] CN201410819701.8 二維碲化鎵材料的制備方法