背景及概述

硒化鎵（GaSe，CAS：12024-11-2）是典型的III-VI族層狀半導(dǎo)體功能晶體材料，憑借獨(dú)特的光電性能與二維可剝離特性，成為非線性光學(xué)、光電子器件及前沿納米材料領(lǐng)域的核心原料。硒化鎵為暗棕色片狀閃光晶體，晶體依靠微弱范德華力堆疊形成層狀結(jié)構(gòu)，機(jī)械柔韌性優(yōu)異，可輕松剝離為單層或少層二維納米片，具備顯著的量子限域效應(yīng)。

圖1 硒化鎵晶體結(jié)構(gòu)

特性

硒化鎵室溫光學(xué)帶隙約2.03eV，體相為間接帶隙半導(dǎo)體，剝離至單層后可轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋叮蠓嵘怆婍憫?yīng)效率與光致發(fā)光性能，同時(shí)擁有極大的二階非線性光學(xué)系數(shù)[1]，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)鈮酸鋰材料，光學(xué)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)突出。硒化鎵不易分解，微耐潮濕環(huán)境，但長(zhǎng)期接觸高溫、強(qiáng)氧化劑會(huì)發(fā)生氧化變質(zhì)，需密封惰性氣氛保護(hù)儲(chǔ)存。

制備工藝

采用高溫固相合成法制備硒化鎵，以高純金屬鎵與硒粉為1:1化學(xué)計(jì)量原料，在真空或氬氣惰性氛圍下，升溫至650至800℃進(jìn)行高溫固相反應(yīng)，直接合成硒化鎵粗晶；輔以化學(xué)氣相傳輸法、物理氣相沉積法可制備高純度單晶與超薄薄膜，產(chǎn)物純度高、結(jié)晶性好，可滿足高端器件制備需求。

應(yīng)用

依托優(yōu)異的光電與光學(xué)特性，硒化鎵應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛，非線性光學(xué)領(lǐng)域可用于激光倍頻、紅外光調(diào)制、太赫茲波轉(zhuǎn)換器件，是高端激光系統(tǒng)的關(guān)鍵核心材料；光電子領(lǐng)域可制備可見光探測(cè)器、光電晶體管、光伏電池、紅外傳感元件，感光靈敏度高、響應(yīng)速度快。同時(shí)，剝離后的二維硒化鎵可構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)功能器件，用于高靈敏度化學(xué)與生物傳感器，在新能源、微電子、精密光學(xué)行業(yè)應(yīng)用前景廣闊。作為性能優(yōu)異的層狀半導(dǎo)體材料，硒化鎵持續(xù)在前沿光電子技術(shù)、新型功能器件研發(fā)中發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1]Nowek, Andrzej; Leszczynski, Jerzy.Hartree-Fock and Post-Hartree-Fock Study on Molecular Structures and IR Spectra of HGaX and HXGa (X = O, S, and Se) Systems.[J]Journal of Physical Chemistry, 1994, vol. 98, # 50, p. 13210 - 13214, 10.1021/j100101a021.