黑磷具有载流子迁移率高、厚度可调以及各向异性等优异性质，是一种非常具有应用前景的二维层状半导体材料，在电子和光电子器件等领域具有巨大的应用潜力。然而，黑磷的发展仍受限于难以制备大面积、高质量的黑磷薄膜。黑磷传统上通过高温高压、汞催化或从铋溶液中重结晶等方法来制备。但是，这些方法一般仅可获得黑磷晶体块状材料，难以直接在衬底上制备得到黑磷薄膜。如何在基底上实现高结晶性黑磷薄膜的可控生长依然是一项较大的挑战。

有鉴于此，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的张凯研究员与湖南大学的潘安练教授、深圳大学的张晗教授等人合作，提出了一种引入缓冲层Au₃SnP₇作为成核点的新的生长策略，诱导黑磷在基底上的成核和生长。

本文要点

1）Au₃SnP₇在黑磷生长过程中不仅可以稳定地存在，而且其（010）面的磷原子排布与黑磷的（100）面具有非常匹配的原子结构。因此通过在衬底上首先生成Au₃SnP₇来控制黑磷的成核和生长。在随后的保温过程中，P₄相向黑磷相转变并在Au₃SnP₇层上外延成核，随后通过不断的生长融合，直接获得表面平整洁净的黑磷薄膜。

2）所制备的黑磷薄膜具有良好的结晶性和优异的电学性质。而且，生长的黑磷薄膜表现出独特的层状微观结构，使该黑磷薄膜相比于常规层间致密的黑磷薄膜还表现出独特的光学性能。

总之，该工作提出了一种大面积、高结晶性黑磷薄膜的可控制备策略，有助于推动黑磷光电子器件开等领域的开发利用。

参考文献：

Xu, Y., Shi, X., Zhang, Y. et al. Epitaxial nucleation and lateral growth of high-crystalline black phosphorus films on silicon. Nat Commun 11, 1330 (2020).

DOI: 10.1038/s41467-020-14902-z

https://doi.org/10.1038/s41467-020-14902-z