专利摘要

本发明公开了一种SnS量子点/石墨烯忆阻器的制备方法和应用，属于无机半导体纳米材料及器件技术领域。本发明通过将SnS粉末溶于水溶液中，用液相剥离的方法，制备得到SnS量子点，量子点的尺寸范围为1～5nm，平均尺寸为2.75nm，然后通过湿法转移的方式将CVD生长的单层石墨烯转移至清洁的SiO2/Si衬底上；用紫外光刻或氧气等离子体刻蚀石墨烯刻蚀形成两个电极，再将SnS量子点沉积在石墨烯电极上，可以形成欧姆接触电极，获得的器件具有忆阻器效应。本发明的方法具有制备工艺简单、操作方便、速度快以及绿色环保的优点，制备过程中不使用和产生毒性的有机溶剂，适合大规模生产，适用于存储器等纳米电子器件、太阳能电池等领域，具有广阔的应用前景。

权利要求

1.一种SnS量子点/石墨烯忆阻器的制备方法，其特征在于具体包括以下几个步骤；

1)、按以下步骤制备SnS量子点溶液备用；

a)将0.5～10克质量的商品SnS粉末溶解在0.1～1L去离子水溶剂中，采用剪切搅拌机进行搅拌，搅拌速率为5000-8000r/min，时间为60-120分钟，温度15-40℃；充分搅拌后得到SnS粉末溶液；

b)将所述SnS粉末溶液进行插入式探针超声，超声时间为8～15小时，振幅为60％，脉冲开/关时间比为5s/5s，温度20℃，通过改变超声时间可以得到含有不同尺寸量子点的溶液；

c)将步骤b)所得溶液离心分离，离心速率为6000-12000r/min，离心时间10-60min，取上层溶液的30％获取所述SnS量子点溶液，备用；

2)、用乙醇、丙酮和去离子水超声清洗SiO2/Si衬底；

3)、然后通过湿法转移的方式将CVD生长的单层石墨烯转移至清洁的SiO2/Si衬底上；

4)、用紫外光刻或氧气等离子体刻蚀的方法将转移的石墨烯刻蚀出一条15微米宽的沟道，使石墨烯形成两个电极，氧气等离子体刻蚀的条件为电流是20-25mA，氧气流量20sccm，刻蚀时间20min；

5)、接着，将1)步骤所得SnS量子点溶液滴涂在石墨烯电极之上，将衬底放置在加热板上加热干燥后即得SnS量子点/石墨烯忆阻器产品，加热干燥1小时，温度为180℃，即得SnS量子点/石墨烯忆阻器。

2.根据权利要求1所述的一种SnS量子点/石墨烯忆阻器的制备方法，其特征在于1)a)步骤中最优条件为搅拌速率为6000r/min，时间100分钟，温度20℃，所述溶液最佳浓度为7g/L。

3.根据权利要求1或2所述的一种SnS量子点/石墨烯忆阻器的制备方法，其特征在于1)c)步骤中最优条件为离心速率为8500r/min，相对离心力为9935，离心时间50min。

说明书

技术领域

本发明属于半导体纳米材料技术领域，涉及一种量子点和纳米片、其制备方法及应用，尤其涉及一种二维半导体材料SnS量子点及纳米片、其制备方法及在纳米电子器件领域的应用。

背景技术

II-VI族化合物半导体SnS，属于二维层状结构，p型半导体，其禁带宽度约为1.3eV。由于SnS具有高载流子迁移率，高吸收系数，低成本且无毒，所以在纳米电子器件，锂离子电池，太阳能电池(吸收层)以及紫外探测器等领域有着广泛的应用潜力。量子点，又称为半导体纳米晶，由几百到上千个原子组成，粒径通常小于10nm。由于量子尺寸效应，可以通过调节量子点尺寸实现对其禁带宽度的可控调节。因此，SnS量子点的制备和应用引起了广泛研究。通常，二维材料量子点(包括SnS量子点)采用液相剥离法制备时采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N-二甲基甲酰胺(DMF)以及异丙胺(IPA)等有机溶剂，这些有机溶剂一般沸点较高，难以挥发去除。而在纳米电子器件和光电器件领域，对于材料和器件的纯净度要求很高，所以制备不含有机溶剂等的材料以及和电极形成良好欧姆接触至关重要。因而，有必要开发一种纯净SnS量子点的制备方法，使其合成过程不添加有机溶剂和其他有机物，并且沉积至电极上可形成良好欧姆接触。

发明内容

针对现有方法中存在的问题，本发明的目的在于提供一种SnS量子点的制备方法及在纳米电子器件领域的应用。本发明的SnS量子点中不含有机溶剂和杂质，和石墨烯电极形成良好的欧姆接触，并且可以获得具有忆阻效应的存储器件。此方法原材料简单，成本低，对环境的无污染，能够在常温下合成，适合大规模化生产，具有广阔的应用前景。

该发明的技术核心在于，将SnS粉末溶于水溶液，避免引入难以挥发和去除的有机溶剂和杂质；通过剪切搅拌将溶液充分混合并进行初步层间剥离；利用水浴超声和插入式探针超声的区别筛选量子点和纳米片。

SnS量子点的尺寸1～5nm，平均尺寸为2.75nm，量子点的尺寸分布由插入式探针超声的时间和离心分离的转速决定。纳米片的尺寸范围为30～300nm，平均尺寸约为85nm，由水浴超声的时间决定。将SnS量子点溶液滴涂沉积在石墨烯电极上后加热干燥，可以形成欧姆接触电极，获得的器件具有忆阻器效应。

本发明所提供的SnS量子点的制备方法，具体包括以下几个步骤；

a)将0.5～10克质量的SnS粉末(商品)溶解在0.1～1L去离子水溶剂中，浓度范围为1～10g/L。采用剪切搅拌机进行搅拌，搅拌速率为5000-8000r/min，时间为60-120分钟，温度15-40℃；最优条件为搅拌速率为6000r/min，时间100分钟，温度20℃，充分搅拌后得到A溶液；

所述溶液最佳浓度为7g/L；

b)将所述的A溶液进行插入式探针超声，超声时间为8～15小时，振幅为60％，脉冲开/关时间比为5s/5s，温度20℃，通过改变超声时间可以得到含有不同尺寸量子点的溶液；

c)将步骤b)所得溶液离心分离，离心速率为6000-12000r/min，离心时间10-60min，取上层溶液的30％获取所述SnS量子点；最优条件为离心速率为8500r/min，相对离心力为9935，离心时间50min；

本发明所提供的SnS纳米片的制备方法，具体包括以下几个步骤；

a)将0.5～10克质量的SnS粉末(商品)溶解在0.1～1L去离子水溶剂中，浓度范围为1～10g/L。采用剪切搅拌机进行搅拌，搅拌速率为5000-8000r/min，时间为60-120分钟，温度15-40℃；最优条件为搅拌速率为6000r/min，时间100分钟，温度20℃，充分搅拌后得到A溶液；

所述溶液最佳浓度为7g/L；

b)将所述的A溶液进行水浴超声，超声时间为3～5小时，温度20℃，通过改变超声时间可以得到含有不同尺寸纳米片的溶液，离心后即可得到SnS纳米片；

c)将步骤b)所得溶液离心分离，离心速率为1000-6000r/min，离心时间10-60min，取上层溶液的30％获得纳米片，最优条件为离心速率为3000r/min，相对离心力为1238，离心时间30min；

本发明还提供的用前述SnS量子点的制作SnS量子点/石墨烯忆阻器的方法，具体包括以下几个步骤；

1)、用乙醇、丙酮和去离子水超声清洗SiO₂/Si衬底；

2)、然后通过湿法转移的方式将CVD生长的单层石墨烯转移至清洁的SiO₂/Si衬底上；

3)、用紫外光刻和氧气等离子体刻蚀的方法将转移的石墨烯刻蚀出一条15微米宽的沟道，使石墨烯形成两个电极，氧气等离子体刻蚀的条件为电流是20-25mA，氧气流量20sccm，刻蚀时间20min；

4)、接着，将SnS量子点溶液滴涂在石墨烯电极之上，将衬底放置在加热板上加热干燥后即得SnS量子点/石墨烯忆阻器产品，加热干燥1小时，温度为180℃。

制备的SnS量子点/石墨烯忆阻器结构如图4结构示意图所示。

本发明的方法原材料简单，利用率高，成本低，性能稳定重复率好，无环境污染，适合大规模化生产。

附图说明

图1为SnS量子点高分辨透射电子显微镜(HRTEM)示意图；

其中a为SnS量子点TEM示意图；b为量子点高分辨晶格条纹示意图；c为量子点尺寸统计分布图；

图2为SnS纳米片扫描电子显微镜(SEM)示意图和纳米片尺寸统计分布图；

图3为光子能量(禁带宽度)与吸收系数平方根(αhν)^1/2的关系图(a为SnS量子点，b为SnS纳米片)；

图4为SnS量子点/石墨烯忆阻器结构示意图；

图5为SnS量子点与电极石墨烯欧姆接触IV特性曲线；

图6为忆阻器IV特性曲线。

具体实施方式

实施例1

制备SnS量子点：

在烧杯中，将2.1克SnS粉末溶于300ml去离子水中，采用剪切搅拌仪对溶液进行充分搅拌和初步剥离，搅拌速率为6000r/min，时间100分钟，温度20℃；然后取其中200ml溶液置于另一烧杯中，将该烧杯放置在水浴中，保持水浴温度为20℃，采用插入式探针超声仪进一步剥离SnS使其层与层之间分开，脉冲开/关时间比为5s/5s，超声时间为15小时；最后，通过离心机分离获得量子点溶液，离心速率为8500r/min，相对离心力为9935，离心时间50min；离心后，取上层溶液的30％，获得SnS纯量子点溶液。

实施例2

制备SnS纳米片：

在烧杯中，将2.1克SnS粉末溶于300ml去离子水中，采用剪切搅拌仪对溶液进行充分搅拌和初步剥离，搅拌速率为6000r/min，时间100分钟，温度20℃；然后取其中100ml溶液置于另一烧杯中，将该烧杯放置在水浴中，保持水浴温度为20℃左右；采用水浴超声仪进一步剥离SnS使其层与层之间分开，超声时间为3小时；最后，通过离心机分离获得SnS纳米片，离心速率为3000r/min，相对离心力为1238，离心时间30min；离心后，取上层溶液的30％，获得SnS纳米片溶液。

实施例3

制备SnS量子点/石墨烯忆阻器：

用乙醇、丙酮和去离子水超声清洗SiO₂/Si衬底，然后通过湿法转移的方式将CVD生长的单层石墨烯转移至清洁的SiO₂/Si衬底上，用紫外光刻和氧气等离子体刻蚀的方法将石墨烯刻蚀出一条15微米宽的沟道，使石墨烯形成两个电极。氧气等离子体刻蚀的条件为电流是20-25mA，氧气流量20sccm，刻蚀时间20min。接着，将SnS量子点溶液滴涂在石墨烯电极之上，将衬底放置在加热板上加热干燥1小时，温度为180℃。

制备的SnS量子点/石墨烯忆阻器结构如图4结构示意图所示。图5为SnS量子点与电极石墨烯的IV特性曲线，图中可看出近似欧姆接触的线性变化。图6的IV特性曲线显示出明显的滞回特性，并且如图所示，第一个周期的扫描随着电压从-3V变到3V显示较大的电流，并有滞回现象；第二个周期随着电压从-3V变到3V，电流变到最小；随后的周期，电流逐渐增大，并且都显示出滞回现象。这些电流电压变化关系表明了制备的SnS量子点/石墨烯的结构具有神经元忆阻器效应，可用在神经元网络，神经元计算及存储器等领域。

一种SnS量子点/石墨烯忆阻器的制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。