Mavzu: Nanotuzilmalarni hosil qilishning epitaksial usullari. Molekulyar nurli epitaksya. Epitaksya usulida kvant nurlarini o’z-o’zidan tashkillashish vositasida shakillantirish

2.1 Pastdan yuqoriga yondashuv
Nomidan ko'rinib turibdiki, nanomateriallarni sintez qilishning bunday yondashuvi nanometr darajasidagi materiallarni berish uchun atom, molekulalar va ionlarni o'z ichiga oladi. 2D materiallarni sintez qilish uchun keng qo'llaniladigan qattiq, suyuq va gazsimon fazalarda amalga oshiriladigan turli reaktsiyalar. Bu reaktsiyalar ma'lum prekursorlar yoki reaktivlarni o'z ichiga oladi. Sintez uchun ishlatiladigan prekursorlarning holatiga ko'ra, masalan, gazsimon faza sintezi, reaktivlar/prekursorlar gazsimon holatda bo'ladi va substrat mo'ljallangan reaktsiya uchun qattiq bug' bilan aloqa qilish uchun ishlatiladi. Suyuq fazalar sintezi yoki eritma fazasi sintezi uchun prekursorlar ma'lum erituvchilarda eritilishi kerak va reaktsiya kerakli tezkor kinetika uchun erituvchilarning yashirin issiqligidan foydalanish uchun yuqori bosim sharoitida amalga oshiriladi.
Qattiq holat sintezida bir manbali prekursorga o'xshash ammoniy tetratiomolibdat (NH4) 2MoS4 qattiq substrat ustiga cho'ktiriladi va nanomateriallarning keyingi shakllanishi uchun prekursorni eritish uchun sekin isitiladi [21]. Muhokama qilingan uch turdagi sintez orasida gazsimon faza sintezi 2D materiallar uchun eng samarali hisoblanadi, chunki u suyuq va qattiq fazali sintezda mumkin bo'lgan nanomateriallarning flokulyatsiyasi yoki agregatsiyasidan xoli.
Keyingi bo'limda biz barcha bug 'tashuv usullarini CVD deb nomlaymiz. Ushbu bobda CVD, PVD, bug 'fazasi transporti (VPT), ​​urug' ekish promouteri haqida qisqacha ma'lumot berilgan. Bu bug 'fazasining o'sishi yuqori sifatli o'sish va miqyosni kengaytirish imkoniyatlari tufayli 2D materiallarini sintez qilishda juda samarali.
2.3. O'tish metallining dikalkogenidlarini sintezi
CVDda ikkita asosiy bosqich mavjud: (1) bug 'hosil qilish va (2) bug'larni substratlarga cho'ktirish. TMDC larning bug 'hosil bo'lishi oson uchuvchi qattiq kashshof hosil qilish uchun yuqori harorat (500 ° C–900 ° C) va past bosim (<100 Torr) talab qiladi. Bug' ishlab chiqarish prekursorlarning uchuvchanligi va termoliziga asoslangan. TMDClarda reaktiv o'tish metall oksidi yoki xlorid (har qanday oson uchuvchan tuz) va kalkogen prekursorlari (S yoki Se kukunlari) reaksiyaga kirishadi va gazsimon fazada TMDC monomeriga aylanadi. MoS2 va MoS2(1-x)Se2x sintezi uchun MoO3 arzon, ishlov berish oson, erish nuqtasi past va bugʻlanish harorati eng mos keladi. Xuddi shunday, WS2 va WS2(1-x)Se2x uchun WO3 tez-tez ishlatiladi. Metall xloridlar (MoCl5) ham yurak-qon tomir kasalliklarida prekursorlar sifatida keng tarqalgan.
Metall plyonkalar va ko'piklar ko'pincha metall prekursorlar sifatida ishlatiladi. Bu holda oltingugurtning metall folga, metall ko'pik yoki oltingugurtlanish deb ataladigan metall yupqa plyonkalarga cho'kishi yaxshi o'rganiladi. Substratga purkash yoʻli bilan choʻktirilgan, (NH4)2MoS4 va DMF eritmasiga botirilgan, soʻngra inert muhitda tavlangan Mo S2 oldindan yotqizilgan substratda beradi. Metall ko'piklar va to'rlar yuqori gözenekli tuzilishga ega bo'lib, samarali reaktivlik uchun ko'proq sirt maydonini ta'minlaydi.
Gazsimon fazada monomer hosil bo'lgandan so'ng, bug'lar substratga yotqizilishi kerak. Cho'kish tabiati hosil bo'lgan TMDC morfologiyasini boshqaradi. Dastlab, gazsimon monomer substratda to'planadi va nanokristallarni hosil qilish uchun tasodifiy yadrolanadi. Endi yaqinlashib kelayotgan gazsimon molekulalar nanokristallarning lateral o'sishini ta'minlash uchun yadrolarning chetida tarqaladi va shu bilan alohida nanosharlar hosil bo'ladi. Uzluksiz plyonkalar diskret nano varaqlarning birlashishi natijasida hosil bo'ladi. Ushbu nanostrukturalar chekkalardagi TMDC atomlarining kimyoviy anizotropiyasi tufayli yuqori o'sish anizotropiyasiga ega. Inert xalkogen atomlari sirtni passivlashtiradi va osilgan bog'lanishlarga ega bo'lgan qirralarning o'sishiga ko'proq moyil bo'ladi, bu esa juda simmetrik uchburchak plitalarga olib keladi [131]. Ushbu o'sish anizotropiyasi ikkita uchburchak varaqning qirralari orasidagi elektrostatik repulsiya tufayli yuzaga keladi. Substratga nisbatan TMDC o'sishi perpendikulyar yoki lateral yo'nalishda bo'lishi mumkin. Ko'pgina hollarda, ikki yuzaning energiyasini minimallashtirish uchun yotqizilgan materialning o'sishi substrat yuzasiga perpendikulyar bo'ladi. Biroq, ba'zi sirt modifikatorlari reaktsiya parametrlari bilan birga, lateral o'sishni olishdan perpendikulyar o'sishni inhibe qilishi mumkin. Bu lateral va perpendikulyar yo'nalishdagi o'sish TMDC ning xususiyatini keskin o'zgartiradi
Epitaksial o'sish - bu bitta kristalli materialning yagona kristalli substrat ustidagi tartibli yoki tartibga solingan atom o'sishi. Epitaksial o'sishga quyidagi fikrlarni hisobga olgan holda erishish mumkin: (2.3-rasm).



1. Substrat atomik tekis, inert va osilgan bog'lanishlardan xoli bo'lishi kerak.
2.Atom panjarasining mos kelmasligi substrat va TMDC yuzasi o'rtasida minimal bo'lishi kerak.
3.Bazal tekislik bo'ylab, substrat va kristall o'rtasida vdW shovqinlarining mavjudligi bo'lishi kerak.
Nanostrukturali TMDC ommaviy TMDC ni bug'lash va PVD deb ham ataladigan kerakli substratga joylashtirish orqali osongina sintezlanishi mumkin. Buni kengaytirish ham oson. Esda tutish kerak bo'lgan nuqta shundaki, PVD holatida faqat faza o'zgaradi va hech qanday reaktsiya bo'lmaydi. 2D materiallar faqat fazali transformatsiyalar yordamida o'stiriladi. Agar kvarts trubkasi ichida past bosim saqlanib qolsa, TMDC ni past bosim-PVD deb ham ataladigan erishiladigan yuqori haroratda ko'tarishni osonlashtiradi. Bunga bug'lanish yoki purkash orqali erishish mumkin. Substrat harorati, bosimi va gaz oqimi tezligi TMDC ning substratdagi yadrolanish tezligini aniqlaydi. WSe2 sintezi paytida monolayer 750 ° C da 4200 sayt / mm2 yadro zichligi bilan olingan va chekka uzunligi 300 nm o'stirilgan. Haroratni 735 ° C ga tushirish bilan yadro zichligi 75% ga kamaydi va chekka uzunligi 10 mkm ni tashkil etdi. Naychadagi umumiy bosim TMDC ning qisman bosimiga ham ta'sir qilishi mumkin (2.4 va 2-5-rasmlar).



Ekish promouterlari rGO, perilen-3,4,9,10-tetrakarboksilik kislota tetra-kaliy tuzi (PTAS) va perilen-3,4,9,10-tetrakarboksilik diangidrid (PTCDA) kabi grafenga o'xshash molekulalardir . Bular SiO2/Si substratida bir xil 2D MoS2 etishtirish uchun ishlatilishi mumkin. Mis ftalosiyanin (CuPc) va batokuproin (BCP) kabi ba'zi aromatik molekulalarni kerakli substrat bilan birga suvli eritmalarda aylantirish orqali ham foydalanish mumkin. Ba'zi urug'lik promouterlari turli substratlarda, shu jumladan hidrofobik substratlarda termal bug'lanish vaqtida ishlatilishi mumkin. PTAS WS2 sintezi uchun ishlatilishi mumkin.
TMDC ning gidrotermik sintezi katta miqdordagi 2D materiallarni ishlab chiqarishning eng keng tarqalgan usullaridan biridir. Sirt modifikatori bilan bir qatorda, o'sish anizotropiyasini o'zgartirish mumkin va kerakli nanostrukturali TMDC ga erishish mumkin. Ushbu modifikatorlar odatda kristall o'sishining muayyan yo'nalishlarini qoplash uchun ishlatiladigan sirt faol moddalar yoki polimerlardir. (NH4)6Mo7O24·4H2O va tiokarbamid yordamida MoS2 nanoshoklari ishlab chiqarilgan. Solvotermik sintezning asosiy kamchiliklari yagona qatlamli TMDC ni olishdir, ikkinchisi esa vertikal o'sishni qisqartirish va lateral o'sishni rag'batlantirish uchun tegishli sirt faol moddasini tanlashdir.