【摘 要】
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石墨烯的发现引发了人们对于二维材料的思考与探究,二维材料有着优异的光学、电学等各种特性,其生长、制备及器件方面的研究不断涌现,已经成为当下的研究焦点。然而,由于受到Mermin-Wagner定理的限制,磁性二维材料方面的相关研究有着很大的缺失,直到2017年,单层Cr2Ge2Te6、Cr I3铁磁二维绝缘体才被发现,随后Fe3GeTe2、Ni PS3等铁磁、反铁磁二维材料相继被发现,但对这些材料的
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石墨烯的发现引发了人们对于二维材料的思考与探究,二维材料有着优异的光学、电学等各种特性,其生长、制备及器件方面的研究不断涌现,已经成为当下的研究焦点。然而,由于受到Mermin-Wagner定理的限制,磁性二维材料方面的相关研究有着很大的缺失,直到2017年,单层Cr2Ge2Te6、Cr I3铁磁二维绝缘体才被发现,随后Fe3GeTe2、Ni PS3等铁磁、反铁磁二维材料相继被发现,但对这些材料的研究主要聚焦于其磁学、光学、电学等等,少有研究报道铁磁二维材料的生长制备,通过CVD方法制备铁磁二维材料的研究更是寥寥无几。例如铁磁二维材料Fe3GeTe2,目前对其结构、铁磁性等方面的研究已步入正轨,但是Fe3GeTe2的单层和少层样品均是利用机械剥离法制备,制备效率低,且所得材料的尺寸、厚度均不可控,对铁磁二维材料的应用有着很大的弊端。在二维材料生长方面,化学气相沉积法即CVD法,对所制备材料的尺寸、厚度和成分都有着可控性,可得到均匀致密,结晶度和热稳定性均较好的二维材料,并且易于规模化生产。因此,本文以Fe3GeTe2为研究对象,对利用CVD法制备Fe3GeTe2的材料制备工艺进行了一系列探索和研究,主要有以下内容:(1)探究制备二维材料Fe3GeTe2的CVD生长工艺,研究了反应前驱体、反应衬底、反应气流量、反应温度、反应时间等因素对Fe3GeTe2的形貌、厚度等的影响,研究发现,选择熔点较高的单质反应前驱体更有助于生长无杂质且质量更好的样品,滴加PTCDA溶液的Si O2/Si衬底更适合生成物沉积并进行外延生长,50sccm的气流量可准确将反应物运输至基片位置进行沉积生长,而900℃的反应最高温和1min的保温时间则保证了样品不会被热分解,避免了规则形状的样品分解为圆形或“去角”三角形。通过不断调整实验参数确定了CVD法制备Fe3GeTe2的最佳反应条件,为后续的探究奠定了实验基础。(2)探究了增加压强对CVD法制备二维材料造成的影响。通过控制通入管式炉石英管气体流量来控制石英管内气压,使其保持为高于大气压强的正值,研究发现,在控制其他条件不变的情况下,施加压强后,会在衬底上生成更多的成核点,更容易生长出薄层材料,且材料尺寸虽与常压生长时相比变小,但在加压后会随压强增大而增加,因此确定了生长过程中压强会影响最终产物的厚度和尺寸。(3)利用光学显微镜表征、扫描电子显微镜表征、EDS元素分析以及拉曼光谱测量研究Fe3GeTe2样品,研究发现,CVD法制备的样品呈现规则的三角形或六边形形状,质量较好,所制备样品中包含元素Fe、Ge、Te,与目标材料Fe3GeTe2的元素种类一致,其拉曼峰位与文献中描述基本一致但存在轻微偏移,这是由于厚度和材料制备工艺上存在差异。通过表征手段我们可以确定实验中所制备样品为Fe3GeTe2。
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