二硒化钯（PdSe₂）凭借其层状结构和良好的物理化学性质，逐渐成为材料科学领域的研究热点。PdSe₂单晶薄膜具有高载流子迁移率、可调节的带隙以及良好的化学稳定性等特点，在电子、光电、催化等多个领域展现出应用潜力。然而，要实现PdSe₂单晶薄膜在实际应用中的大规模推广，大面积、高质量的单晶薄膜合成是关键。4英寸规格的薄膜在尺寸上既能满足一定规模器件制备的需求，又与现有的半导体工艺设备具有较好的兼容性。

二硒化钯PdSe₂的物理化学性质

（一）晶体结构与电子结构

二硒化钯PdSe₂具有层状结构，其晶体结构由交替排列的钯原子层和硒原子层组成。这种结构赋予了PdSe₂电子结构，使其展现出许多良好的物理化学性质。PdSe₂的电子结构可以通过改变层数和掺杂元素进行调控，这为其在电子器件中的应用提供了空间。

（二）电学性能

PdSe₂具有较高的载流子迁移率，这使得它在电子器件中能够实现快速的信号传输。此外，PdSe₂还展现出良好的电学稳定性和可调控性，通过改变材料的层数和结构，可以实现对其电学性能的调控。这些良好的电学性能使得PdSe₂在高性能晶体管、集成电路等电子器件领域具有应用前景。

（三）光学性能

PdSe₂对可见光具有良好的吸收能力，且其吸收光谱可以通过改变材料的层数和结构进行调控。PdSe₂在可见光区域的吸收系数较高，这使其在光探测器、太阳能电池等光电器件领域具有潜在的应用价值。此外，PdSe₂还展现出良好的光生载流子分离和传输性能，这有助于提高光电器件的效率和稳定性。通过优化材料的结构和性能，可以进一步提升PdSe₂在光电器件中的应用效果。

大面积4英寸PdSe₂单晶薄膜合成方法

（一）化学气相沉积法（CVD）

化学气相沉积法是目前合成二维材料单晶薄膜常用的方法之一。在CVD合成PdSe₂单晶薄膜的过程中，通常以钯（Pd）和硒（Se）的前驱体为原料，在高温环境下，前驱体发生化学反应，在基底表面沉积形成PdSe₂薄膜。

该方法具有诸多优点。首先，它可以在相对较低的成本下实现大面积薄膜的生长。通过优化反应条件，如温度、气压、气体流量等，能够控制薄膜的厚度、形貌和结晶质量。例如，适当提高反应温度可以促进前驱体的分解和反应，有利于形成高质量的单晶薄膜；调整气体流量可以控制反应物的浓度，从而影响薄膜的生长速率和均匀性。

然而，CVD法也存在一些挑战。反应过程中涉及多种复杂的物理和化学过程，对反应条件的控制要求较高。此外，前驱体的选择和纯度也会对薄膜的质量产生重要影响。如果前驱体中含有杂质，可能会导致薄膜中出现缺陷，降低其性能。

（二）分子束外延法（MBE）

分子束外延法是一种在超高真空环境下进行的薄膜生长技术。在MBE合成PdSe₂单晶薄膜时，将钯和硒的分子束分别喷射到加热的基底表面，分子在基底表面发生吸附、扩散和反应，逐渐形成单晶薄膜。

MBE法的优势在于能够实现原子级别的控制，生长出的薄膜具有极高的结晶质量和表面平整度。这对于制备高性能的电子和光电器件至关重要。同时，MBE法可以在低温下进行薄膜生长，减少了热应力对基底和薄膜的影响。

但是，MBE法也存在一些局限性。设备成本高昂，运行和维护费用也较高，限制了其大规模应用。此外，生长速率较慢，难以满足大规模生产的需求。

（三）其他方法

除了CVD和MBE法，还有一些其他的合成方法，如脉冲激光沉积法（PLD）、溶胶-凝胶法等。PLD法利用高能脉冲激光轰击靶材，使靶材表面的物质蒸发并在基底上沉积形成薄膜。该方法具有生长速率快、薄膜成分可控等优点，但薄膜的均匀性和结晶质量有待进一步提高。溶胶-凝胶法则是通过溶液中的化学反应形成溶胶，再经过凝胶化、干燥和热处理等过程得到薄膜。该方法操作简单，成本较低，但制备的薄膜结晶质量相对较差。

影响大面积4英寸PdSe₂单晶薄膜合成的关键因素

（一）温度

温度是影响PdSe₂单晶薄膜合成的重要因素之一。在CVD法中，反应温度直接影响前驱体的分解速率和反应活性。温度过低，前驱体分解不完全，反应速率慢，难以形成连续的薄膜；温度过高，则可能导致薄膜中的原子扩散加剧，形成多晶或非晶结构，降低薄膜的结晶质量。因此，需要控制反应温度，以获得高质量的单晶薄膜。

（二）气压

气压对薄膜的生长过程也有影响。在CVD反应中，气压会影响反应物的浓度和扩散速率。适当的气压可以保证反应物在基底表面均匀分布，促进薄膜的均匀生长。如果气压过高，反应物分子之间的碰撞频率增加，可能会抑制薄膜的生长；气压过低，则会导致反应物供应不足，影响薄膜的厚度和质量。

（三）前驱体选择

前驱体的选择对PdSe₂单晶薄膜的质量起着关键作用。优质的前驱体应具有较高的纯度、合适的挥发性和反应活性。常用的钯前驱体有氯化钯（PdCl₂）、乙酰丙酮钯（Pd(acac)₂）等，硒前驱体有硒粉（Se）、氢硒酸（H₂Se）等。不同前驱体的组合和比例会影响薄膜的成分、结构和性能。例如，选择合适的钯和硒前驱体比例可以控制薄膜中Pd和Se的原子比，从而调节薄膜的带隙和电学性质。

（四）基底材料

基底材料的性质也会对PdSe₂单晶薄膜的生长产生重要影响。常用的基底材料有蓝宝石、云母、硅片等。基底的晶体结构、表面粗糙度和化学性质等因素会影响薄膜的成核和生长模式。例如，具有与PdSe₂晶格匹配度较高的基底可以促进薄膜的外延生长，提高薄膜的结晶质量；而表面粗糙度较大的基底则可能导致薄膜生长不均匀，出现缺陷。