硅能够作为一种主导地位的半导体材料，不仅仅是因为其具有半导体的特性，更主要的原因是在于其化合物的特性。硅经过处理就能变成氧化硅，硅化物和氮化硅以及硅单质本身。硅化物是一个大类材料，这类材料具有奇特的性质，同时与现有的半导体材料具有良好的兼容性。这些化合物使得硅具有较高的性能同时能够为其实际应用提供了很多的基石。近期研究的焦点都在诸如石墨烯，金属硫族化合物（MoS2）或者Bi2Se3，Si2Te3等新型的二维材料上，这些二维材料在集成电子学以及光学应用领域上具有一些独特的二维特性，因此选择这些材料的原因也就显而易见了。Si2Te3是之前确定的唯一一种具有二元相得Si-Te化合物体系。对于其块材，已有实验通过气相沉积法以及碘输运法成功的制备出了1厘米以上500微米厚度的Si2Te3。块材的碲化硅是层状的p型半导体，具有将近一个电子伏特的间接带隙和两个电子伏特的直接带隙，纯净的碲化硅具有较低的导电率以及小于带隙的活化能，这表明其中还存在着较大的缺陷，其缺陷密度估计为10^17(cm-3)。
本文中，我们提出出一种能够制备50-1000纳米厚，300纳米宽，10微米长的Si2Te3纳米片。纳米带生长在Te掺杂的液滴中，这表明在气-液-固（VLS）的生长机制。通过逐层气相凝结法，样品分子要么直立站着生长在衬底上，要么平铺着依附在在衬底上。若是直立站着生长在衬底上，此时样品的生长方向由前驱物与基底之间的相互作用来控制。控制样品与衬底的相对生长方向能够为其增加许多潜在的设备几何结构。基底材料可以用来掺杂Si2Te3纳米片，这样能够增加其导电率。通过机械剥离法能够制备出小于5层的Si2Te3纳米片。考虑到在能源替代、存储技术等领域，人们对硅基系统的兴趣日益增长，同时它具有独特的分层结构，我们的研究表明，这种材料可以与锂和镁进行化学插层。
Si2Te3是具有显著的层状结构的三角晶系。（空间群为P31c）,硅原子对分布在八面体之内以六边形紧密堆积碲晶格的四种等效的位置上。硅原子占据着晶胞中28个可能的位置，其示意图如图1所示。其对应单胞中有20个原子，对应晶格常数为a=7.429A,c=13.471A。层与层之间有一定的原子移位，层与层之间通过较弱的范德瓦耳斯力相互作用的。单层Si2Te3可以通过机械剥离法来制备。
我们发现碲化硅纳米晶体形态从纳米带到六角的纳米片会有所不同，而这些能够由温度、压强以及前驱物的生长环境来控制。Si2Te3是在管式炉中制备的。先将碲、硅粉末放置在陶瓷坩埚中，并将反应环境设置为特定的温度区间，晶格取向为100的硅基片，熔凝石英，被放置在炉的下游位置，选择400-680摄氏度的温度区间。炉的温度曲线与文献12中的报道是类似的。在一个典型的生长过程中,管被抽到0.1毫托以下的真空度，并使用氩气刷新几次。真空和气体流量分别为0.1-15Torr之间调整,15 sccm，将反应炉加热到800摄氏度并保持60分钟。在这样温度和压强下,硅没有明显的蒸发。碲在相对较低的蒸发温度，和传输和Te2,Si粉末反应。在较低温度峰值(lt;750 °C)，碲会蒸发但与硅没有明显的反应。当温度达到800℃时，停止加热，基片被迅速冷却到室温温度。增长需要不到30分钟完成。Si2Te3显而易见的特征是其鲜红的颜色。样品制备好之后被迅速转移到氮气手套箱,以免被分解。大多数纳米片和纳米带在高分辨率的光学显微镜几乎不可见，但显示一个醒目的红色区域。其对应的形态特征通过扫描电子显微镜以及能量散射x射线能谱来探测。炉内的位置确定了衬底温度和试剂是否过度饱和，这两个因素的结合，确定了样品的生长形态以及晶格生长方向。额外的图可以在支持信息中找到，图S1显示了纳米晶体的生长的更进一步的信息。表1总结了增长的形态、生长条件下,底物位置,衬底温度范围以及为了制备出各种晶体形态所拟定的增长机制。
Si2Te3的结构是由粉末X射线衍射所确认的;使用的仪器是Bruker D8 DISCOVER衍射仪。X射线衍射的里特维德精修谱给出的晶格常数分别为a=7.419plusmn;0.01A和c =13.513plusmn;0.01A。 Si2Te3峰由JCPDF00-022-1323确定。通过使用WiTec拉曼显微镜以及用532纳米的Nd和YAG激光器，进一步证实单Si2Te3纳米片的结构与拉曼光谱根据文献15的做法，我们分配了平面模式和面内模式。我们发现一个非常强大的平面模式模式??，相对弱的面内模式，和在326厘米附近有着较强的多峰面内模式对应于红外吸收波段。宽峰是围绕可见3200厘米-1，这是我们属性的光致发光Si2Te3纳米片在641纳米（1.9电子伏特），对应的直接带隙。其他纳米形态的拉曼光谱参见支持信息。 EDS单个纳米板的（图2e）得到60％的组合物Te和40％的Si，这证实了化学计量是合理的。
Si2Te3纳米带用的气相蒸镀法制备。纳米带（图1b）生长在硅中的高温区，熔融二氧化硅，或蓝宝石衬底（图2a;~680℃，800℃炉中心~12厘米下游）。他们从汽化和Te沉积形成球体碲集群成长，表明了气相蒸镀法的生长机制，Te的自我催化。大量的Te粒子生长时聚结在一起，这迫使纳米带从催化剂中成长，虽然单个纳米带可以在整个生长衬底单一碲粒子中找到所形成的碲颗粒。碲催化剂的拉曼光谱和Si2Te3纳米带揭示该催化剂含有Si，Te和硅碲。纳米带表现出相似的形态和生长的大小。在反应过程中存在氧会抑制纳米带的增长。以除去氧气的过滤器被放在从气流中以进一步降低氧污染。通过之前的研究，氧先被认为是抑制其他半导体纳米材料诸如InAs纳米线的Si纳米线的生长。这很可能与Si2Te3的生长机制有关，氧气的增长抑制硅或碲氧化物之间的反应以及现场前驱物的输运性质，导致催化剂的失效。在反应前，沉积在基片上的Au催化剂颗粒生长没有显示出任何的金参与的生长模式的证据。使用具有EDS的JEOL2100F透射型电子显微镜（TEM）的结晶结构，对合成的纳米材料的元素组成进行表征并选择区域进行电子衍射（SAED）测试。图3中，面板是表示TEM图像的特性尖锐的边缘和大的横向生长的纳米带。纳米带的生长方向被选区电子衍射所确定，并且在图3中以箭头示出。沿着c轴与观察所得到的高分辨率TEM（HRTEM）图像和纳米带的对应的选区电子衍射图案显示出预期的三角晶结构的六方对称点图案其中小面作为顶部和底部表面（图3a）。纳米带的生长方向表示为电子衍射图像中相应的白色箭头。
Si2Te3纳米片平行生长在衬底上。通过基底与Te的混合，样品可以生长，其生长面平行于基板。Si和Te粉末被放置在中心的上游，其对应的峰值温度为800℃（图2b）。碲粉末被放置在管式炉的中心，其对应的峰值温度为850℃。因此，Te在炉的中心汽化占主导成分，可以通过光学显微镜和SEM（图1d）确定有100-300微米的跨越生长，其下??游对应于基底。 Si2Te3生长地较大而又平整，并且晶相统一，（图1d）整个材料横跨幅度达到1-150微米。这种增长与大面积VLS增长相似，稀薄的液体合金区域。图3，图d显示以这种方式生长的六边形Si2Te3纳米板。电子衍射图（图3e）和高分辨率图像（图3f）表示Si2Te3三角晶结构。由于大的接触面积和范德华引力作用，使得这些水平结构相比于垂直站在基底上的结构更难移除。
垂直站在基底上的Si2Te3纳米片的生长。Si2Te3（图1c）垂直并自由站立的纳米片生长是通过Si2Te3的键合氧化物为基底，从炉中心开始大约12.5厘米下游，对应于峰值温度650℃。这种生长模式具有强烈的晶体取向，使得接合在基板上的面总是{1 -1 0 0}面，而纳米板的另一边缘（对应于其它生长模式）是{2-1 -10}面，这导致形成一个五边形形状并具有两个90°角和三个120°的角的结构。而对于这种不寻常的形态的具体生长机理是难以确定的，这个强晶体偏好表明与{1-1 0 0}晶体表基板的相互作用.生长形态，生长条件，基板位置，基板的详细峰值温度范围，并提出了纳米带的生长机理，Si/TE粉形成的Si2Te3纳米晶体生长形态的Si / TE位置范围，基底位置，合成温度建议在800°C，无氧环境下进行。由于明显的这种固体 - 固体界面的重要性，并且由于形态并不像所生产形态，我们推测，这些层状结构能够具有晶体取向性地稳健增长。薄的片层（约50纳米）垂直生长的横截面可以在图中看出。垂直纳米片可以稀疏或密集地生长，随着温度的升高和压力的降低，更多的片层结构会堆叠在一起。垂直生长的纳米片允许更容易使用这种材料的各向异性，以及一个更高的封装密度和实现较大的表面。垂直生长的纳米片被折破底物并传送如图3所示。低倍率的TEM图像示出了五角形状，有一个褶皱的边缘的垂直纳米片，其中纳米片被附着到衬底。高分辨率图像边缘结合到表面（图3小时;红色）表示无序非晶的结构，邻接非晶氧化物基板的结构。更远了晶面朝向自由边缘（图3I;蓝色），一个倾斜的高分辨率图像揭示了晶格面。电子衍射图样表明整个片层（图3j）中的两个无定形半环和六角对称衍射斑点的Si2Te3晶体结构的特性。STEM-EDS图谱（图3K）上增大蓝宝石（氧化铝）基底表明，硅和碲的发现进一步证实元素组成。铝（lt;2％）的发现表明通过合金的一些掺杂或传输在生长衬底上发生。铝在整个纳米片，分布大致均匀，这表明，该反应发生在板和衬底之间的界面附近;发生反应在自由边缘，扩散的机制将导致衬底邻近有着更高的Al的浓度。垂直生长在熔融石英纳米片（二氧化硅）其对应衬底上没有显示出铝。铝掺杂被广泛用于制造p型硅，并已在其他的硅基材料的生长被观察到，它经常提供电子。由于生长在Si相似和Al的氧化物，这可以提供调谐性能，例如一种方法通过衬底的选择导电性，虽然铝掺杂效果尚未确定。 Si的比例：Te给出对应Si2Te3的化学计量原子百分数与预期一致。衍射衬底图像（支持信息，图S8）显示Si2Te3纳米片具有较高的缺陷密度。由于环境暴露迅速影响Si2Te3纳米颗粒，它是很难想象的缺陷。可以提供如下信息，以进一步阐明增长机制。更下游的（gt; 15厘米; lt;425℃），更大规模的片层导致宏观晶体生长，有一个螺璇式的错位（图1E）。在所讨论的生长机制中，在较??低的温度（对应于一个基板位置gt; 14cm）中，平板上生长平行于衬底，因为低温导致更大Te沉积。据观察，Si2Te3在空气中水解，生成氧化硅和H2TE（其气味容易明显，这表明应在潮湿环境中处理这些材料），它迅速分解，得到的外围的Te层。从以金属灰过度到红色的颜色变化，具体时间取决于湿度。还在反应炉，样品内部出现了明亮，清晰的红色。在短暂的时间下，暴露于空气中转移到手套箱（lt;20秒），它们仍保持红色，但变得有点浑浊。如果长时间暴露在空气中（在一天的过程中），红颜色变暗并最终成为了深灰色。表面的Te可以主导电学性质的测量和低能量光谱。注意到，通过在真空下加热散装Si2Te3，的碲可蒸发后面的SiO2层，以担任钝化工作防止进一步分解。我们发现，这对Si2Te3纳米带和纳米片仍然是正确。纳米片和纳米带暴露于环境可以在真空下加热以蒸发碲，产生的SiO2覆盖层稳定材料并进一步抗氧化，这将恢复鲜红的颜色。图4，片层显示Si2Te3结构。在蒸馏水中浸渍15分钟后，该形成深灰色形成的SiO2和Te表面（图4b）。在真空下加热260℃约70分钟时，碲被蒸发，这导致了二氧化硅即稳定粒子对其他层的氧化。图4c所示的红色颜色相同的片层在空气中放置24小时（图4d）。 STEM-EELS（扫描TEM电子能量损失谱;图4e，f）表示的在封端的Si和O，和Te的元素组成比例，纳米片和清楚地显示出鲜明的Te区域。
通过透明胶带法机械剥离减少Si2Te3层数，图G显示一个大面积脱落在Si2Te3纳米板上的AFM图像。原子显微镜线扫描沿着透明基板厚度（图4H）。Si2Te3单层大约0.67纳米厚，包括层间的范德华差距。脱落纳米片显示约3-5纳米的厚度（约5-8层）。我们能够达到2.5纳米厚的Si2Te3（约四层;图S10）
机械剥离Si2Te3的透明度是引人注目的;但可视检测薄Si2Te3薄片（图4A）的厚度是困难的。一个微片层的AFM图像（图4I）表示从增长所形成的结构为大致5-10纳米的高度。Si2Te3固 - 固相变已报告，在近410℃，电阻率急剧增加，我们利用原位透射电镜进行加热实验到700℃，并没有发现任何的固 - 固证据相转变温度（见支持信息，图S11原位透射电镜加热实验）。早期的研究的块状晶体可能有更高的缺陷密度和缺陷介导或部分共晶相存在
导致所观察到的变化。我们确实观察是可逆的，在1个大气压从红色变成黑色低至210℃。这种颜色的变化可能对于在光学材料整合Si2Te3是有用的。离子，分子，和零价金属的嵌入可进一步提供了一种来改变该材料的性质的方法。事实上，一个二维层状材料非常适合插层，我们表明，它是可能的化学Li 和Mg2 到Si2Te3纳米片。纳米片通过以上所描述的方法制备并浸渍在生长衬底上。基片用无水己烷洗涤，利用扫描电镜和透射电镜对样品形态和嵌入物浓度进行了表征。我们发现在不同的纳米片上的浓度分布。 镁插Si2Te3纳米片时，2-10％的生成量被发现。样品XRD谱图显示在图5中，其中表明了Li 和Mg2 的增加对应于样品的变化。对于Li的掺杂，Si2Te3晶胞体积从644增加到648，对Mg的掺杂，Si2Te3晶胞体积从644增加到647.表S1的信息呈现了从X射线衍射结果所得出的晶格常数和晶胞体积。晶胞体积的增加表明分层Si2Te3结构可以作为施主离子。衍射图谱表明该材料是单相的并且保留一层可插入的层状结构。暴露在透射电子显微镜的电子束会引起Mg2 和si2te3纳米片在显微镜下可见降解弹射，但是图像（图5c）表明其会保持层形态。质量厚度的对比表明，Mg夹间物质很可能在固体主机上形成岛屿。选区电子衍射模型表明，尽管整体形态被破坏，纳米片的单晶晶体性质依靠单板提供。扫描电镜图像（图5d）表明，si2te3纳米片的层状结构被稍微破坏，晶体的性质是被保持的。一个红色的线绘制这个图像来表示不再使用能谱仪检测镁。在外观上的巨大的变化可能是由于暴露接触到空气的主机或是由于镁嵌入主机。这些结果表明，在这种材料中电化学法嵌入是值得研究的。<!--
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