二维硒化锡的厚度调控和结构研究

硒化锡是近年来备受关注的IV-VI族化合物半导体材料之一，在热电和光电等领域具有广阔的应用前景。高质量二维硒化锡的可控制备和特性研究是发展其实际应用的必要条件。本文采用气相输运方法制备硒化锡二维晶片，通过优化生长温度实现了对其尺寸和厚度的调控，并基于统计分析讨论其形成机理。进一步对所制备的不同厚度的硒化锡晶片进行拉曼表征，观察到随着厚度的减小其面内振动模式发生红移，这与原子间相互作用以及应力变化等因素有关。研究结果可为薄层硒化锡的生长以及理解其厚度依赖的结构特性提供参考。

近年来， 二维层状材料如石墨烯、黑磷、金属硫族化合物等因其独特的结构特性， 成为物理、化学、材料等多个学科领域的研究热点。这类材料具有层状结构，层内原子由共价键连接，层与层之间则有较弱的范德华力，使其可以通过机械剥离等方法获得薄层样品。随着其厚度减小至纳米量级，粒子间的相互作用被限制在二维平面内，由此产生与块体材料截然不同的性质，为基础物理和器件应用的发展提供了新的研究平台[1] [2] [3] [4]。硒化锡(Tin Selenide)是一种具有层状结构的IV-VI 族窄带隙半导体材料， 其晶体结构与黑磷类似，层与层之间通过范德华力连接，层间距约为0.57 nm，层内是具有正交结构的锡–硒双原子层，展现出低晶格对称性和显著的各向异性[5] [6] [7]。理论计算表明，SnSe 的能带结构会随着厚度改变， 其块体材料的禁带宽度约为0.9 eV，而单层时带隙增加至1.63 eV [8]。实验研究发现， SnSe具有极低热导率和较高电导率，热电转换效率远远超越传统热电材料，在热电领域具有极大的应用价值[9]。此外，其吸收光谱覆盖了可见光到近红外范围，在光电探测和太阳能电池等领域也显示出了良好的应用潜力[10] [11]。

尽管SnSe 的应用前景广阔， 但实现其在工业和商业领域的应用需要解决一系列技术挑战， 其中之一就是高质量SnSe 的制备。相比于二硫化钼等过渡金属硫族化合物，SnSe 的层间距较小，从而具有较大的层间相互作用力，因而在实验上制备薄层材料更加困难。目前，二维SnSe 的制备方法包括机械剥离、气相生长等， 其中气相生长因具有较好的可控性和大面积制备的潜力而成为研究的热点[12] [13] [14]。如何控制生长参数以提高SnSe 的结晶质量、实现对其尺寸和厚度的有效调控、分析材料的生长机理和结构特性，都是需要深入探讨的课题，对于推动其应用发展具有重要意义。本文通过物理气相输运方法进行SnSe 的生长调控，利用光学显微镜、原子力显微镜以及拉曼光谱技术的表征分析，考察生长温度对SnSe晶片的尺寸、密度和厚度的影响， 并基于不同厚度SnSe 的拉曼光谱分析材料的结构和声子行为随层厚的变化规律。

2. 实验方法 本文采用气相输运方法生长薄层SnSe，首先将SnSe 颗粒以及新鲜解理的云母衬底分别放置于管式炉的两个温区中，将炉内抽至气压低于12 Pa 后通入氩气反复吹扫并使气压升至常压，随后将氩气流速设置为100 sccm。加热第一温区至750℃使源材料蒸发，第二温区温度根据实验需要调整，优化后设置Open Access