二维材料异质结的能带结构及性能研究

发布时间：2020-09-23 11:25

　　 近些年来,二维材料由于具有一些独特的物理和化学特性,如超高的载流子迁移率、带隙可以调控、机械强度高等,受到很多研究者的关注。过渡金属硫族化合物(TMDCs)因为其本征带隙、强的光与物质相互作用等特性,可以通过任意方向堆叠不同的二维材料组成范德瓦耳斯异质结,使得这些二维材料相互弥补不足并发挥优势,逐渐兴起范德瓦耳斯异质结的研究。相比于传统的半导体异质结,范德瓦耳斯异质结不考虑晶格失配和热失配问题,表面没有悬挂键,易于通过范德瓦耳斯力形成异质结,制备方法简单。石墨烯材料是没有带隙的,具有超高的载流子迁移率、费米能级随栅压可调等性能,狄拉克锥形状的能带结构,使其在光电子器件领域有很好的潜力。人们又发现在过渡金属硫族化合物中硫化钼材料属于N型半导体,硒化钨材料属于P型半导体,具有很多新颖的物理现象。故二维石墨烯/硫化钼异质结、石墨烯/硒化钨异质结是最典型的两种代表。综上分析,本文重点研究了石墨烯、硫化钼、硒化钨及相应异质结的能带结构和电学性质。主要内容包括:1.首先研究了石墨烯的机械剥离技术,成功剥离出大面积,高质量的单层石墨烯。在常压下,采用化学气相沉积法(CVD)直接在氧化硅上生长出单层二硫化钼。然后,采用定点转移将石墨烯转移到二硫化钼上形成石墨烯/二硫化钼垂直异质结。从单层石墨烯改善二维材料异质结电接触的方面出发,利用开尔文探针力显微镜(KPFM)原位测试石墨烯/二硫化钼的能带结构,观察到较低的肖特基势垒为0.1eV,退火后,肖特基势垒进一步降低至0.079eV。并对异质结器件测试电学性能,电流变大1个量级,验证石墨烯改善了异质结的电接触,提高二维材料场效应晶体管器件性能。2.通过机械剥离石墨烯和二硒化钨,定点转移制备出石墨烯/二硒化钨垂直异质结。单层石墨烯的费米能级通过外加栅压可调,研究进一步调控石墨烯/二硒化钨异质结之间的肖特基势垒高度,为二维材料异质结电学性能提供指导。3.采用化学气相沉积法生长石墨烯/二硫化钼、石墨烯/二硫化钼/石墨烯等面内异质结,实现了二维材料平面异质结的可控制备,具有暗电流pA量级、低功耗、电流开关比高达10~7。采用开尔文探针力显微镜、拉曼光谱及场效应晶体管测试,系统研究其二维材料异质结的能带结构、电学性质等。证明二维材料异质结在光电子领域有很大的应用潜力。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB33

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本文编号：2825264