自2004年石墨烯问世以来,由于其独特的二维层状结构带来的超高载流子迁移率、高热导率等诸多优异的物理化学性能,掀起了二维材料的研究热潮。随着研究的逐步深入,人们发现明星光环下的二维材料仍存在着各种应用短板,如石墨烯的“零带隙”特性严重阻碍了其在光电领域的应用;过渡金属二硫化物(TMDs)室温下低的载流子迁移率仍然是目前研究人员迫切希望得到改善的问题;黑磷(BP)作为第五主族二维材料的典型代表,不仅带隙连续可调,而且具有很高的迁移率和明显的面内各向异性,这种面内各向异性使得黑磷具有更加丰富的物性,并且为该类材料的电学、热学和光学等各方面性能的调节提供了一个全新的探索道路。然而,黑磷的稳定性极差,尽管科学家们试图通过各种不同方式改善黑磷的稳定性,但效果仍不理想。因此,迫切需要寻找一类新型的,兼顾石墨烯、TMDs、黑磷等各类材料优势的(高的载流子迁移率、带隙可调、良好的稳定性、面内各异性等)二维材料,并实现其在光电领域的实际应用。这里我们对一种新型的具有面内各向异性的IV-V族二维材料SiP2进行了初步研究。具体工作如下:(1)正交相SiP2的晶体生长与基本性能表征采用Sn助熔剂法辅助Gd作催化剂,成功生长出正交相SiP2晶体,晶体的最大平面尺寸为1 × 8 mm2;通过单晶结构解析,确定其为正交晶系,Pnnma空间群的层状结构晶体,其中c轴方向为层状堆叠方向,XRD结果验证了该材料的自然生长面为{002}晶面族;EDS和EPMA的成分测试结果表明Gd并未进入晶格,仅起到催化作用;扫描电镜图片能够看出SiP2明显的层状结构;紫外-可见漫反射光谱测得其带隙为1.63 eV。(2)正交相SiP2的剥离及能带计算利用机械剥离法和液相超声法成功制备了 SiP2纳米片,两种方法获得的样品在TEM的高分辨电镜下均可观察到明显的晶格条纹,选区电子衍射图的衍射斑点清晰、明亮;其中机械剥离法可以获得少层甚至两层(1.5 nm左右)的SiP2纳米片,液相超声法能够获得大面积厚度均匀(4 nnm左右)的SiP2纳米片;且少层SiP2纳米片在空气中的稳定性良好;利用第一性原理计算了不同层数SiP2的带隙,结果表明,随着层数的不断减少,SiP2的带隙值从1.25 eV增加到1.58 eV,表明该材料的带隙可通过改变层数进行调控。(3)正交相SiP2的拉曼各向异性研究采用角分辨偏振拉曼光谱仪对体块SiP2的面内拉曼各向异性进行了表征,分别测试了样品在平行和垂直两种配置下的偏振拉曼光谱。在平行配置下,拉曼峰位的强度随偏振角度的变化周期有π和π/2两种类型,在垂直配置下,所有峰位的峰强随偏振角度的变化周期均为π/2。测试数据点由拉曼选择定律导出的公式拟合,不同的峰位置可归属于Ag和B1g的两种拉曼振动模式。其中,平行配置下Ag模式的具体拉曼位移的峰强变化,可以作为判断体块SiP2晶向的依据。(4)正交相SiP2的光响应研究对正交相SiP2制作的光探测器件进行了光响应性能测试,结果表明:基于正交相SiP2的光探测器在可见光波段的多个波长激发下均具有光响应特性,开关电流比可达104。实验中比较了不同激发波长和激光功率下器件的开关比、光响应度、探测率和响应时间等性能参数,其中在入射波长为633 nm,激光功率为5 mW时器件的光响应程度最高。