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銦硒樣品製備及多型表征

發布時間:2024-01-30 13:29:56 瀏覽量:1764 作者:Leon

摘要

剝落的幾層InSe樣品對空氣非常敏感,因為(wei) 表麵的Se缺陷與(yu) 氧氣和水發生反應。這可能導致局部變形和級聯效應,導致表麵快速氧化。因此其製備和表征需要在特殊的條件下實現。

正文


銦硒樣品製備及多型表征


InSe樣品與(yu) 空氣接觸反應的這一過程被認為(wei) 分三個(ge) 步驟發生(圖1右):(I)氧與(yu) 晶格中的缺陷結合,(II)氧解離形成晶格,留下懸空鍵,(III)解離的氧可以與(yu) 大氣中的水相互作用。當InSe暴露在環境條件下的強光下時,這一過程會(hui) 加速。因此,InSe樣品的製備需要惰性環境,如N2手套箱。圖1(左)顯示了五層(5L) InSe在三種不同條件下(環境、室溫真空和低溫真空)的光致發光衰減,作為(wei) 這種衰減發生速度的一個(ge) 例子。在環境條件下,硒的排放衰減迅速,而在其他兩(liang) 種環境條件下,其降解速度要慢得多。InSe的表麵敏感性促使人們(men) 采取措施降低氧化速率,從(cong) 而穩定薄樣品的光學性質。


圖1.左圖顯示了在532 nm, 1 mW激發光源下,低層InSe的光致發光隨時間的衰減。藍色是在空氣中,綠色是在真空中,紅色是在10k的真空中。右圖說明了在光照下導致InSe快速降解的三種化學過程:(I)氧化,(II)解離和(III)與(yu) 水的相互作用。


為(wei) 了保護薄層銦不被降解,常用的技術是幹封裝。該方法采用二維材料,如六邊形玻恩氮化物(hBN)或Gr作為(wei) 頂層和底層,防止空氣和水分進入。西北大學的Hersam小組已經證明了其他可行的方法來保護InSe免於(yu) 衰變。例如,用於(yu) 光電器件加工的無表麵活性劑、低沸點、脫氧共溶劑體(ti) 係和使用原子層沉積的鋁封裝。由於(yu) 他們(men) 的經驗在銦硒樣品製備中,製作了可行的薄樣品和器件,並進行了測量。用hBN幹燥封裝薄的InSe樣品,並且對於(yu) 門控器件,還加入了Gr以改善樣品與(yu) 金觸點之間的電接觸。


InSe的另一個(ge) 必須考慮的重要特征是多麵體(ti) 。如前所述,III-VI單硫族化合物的堆疊順序可以誘導一些新的效應,如鐵電性,和自旋分裂。由於(yu) 常見的多型型(λ, γ, β)在結構上非常相似,區分特定的堆疊順序可能很困難。為(wei) 了識別多型,通常需要多種實驗方法,如拉曼光譜二次諧波產(chan) 生(SHG)。


圖2.奇數和偶數層數的變化表明SHG。利用中心波長為(wei) 1.49 eV (830 nm)的脈衝(chong) 激光產(chan) 生SHG信號。插圖顯示了不同厚度的拉曼(3L到Bulk)


圖2顯示了不同InSe厚度的SHG和拉曼(插入)測量結果。由於(yu) SHG是一個(ge) 非線性過程,它發生在非中心對稱係統中。觀察這個(ge) 效應奇偶厚度證明,由於(yu) 晶體(ti) 對稱性,任何層數都會(hui) 發生自旋分裂。通過將SHG和拉曼與(yu) 文獻進行比較,可以確定測量的樣品為(wei) ϵ-InSe。


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