Ⅳ-ⅥA族二维材料制备及其相关器件研究

发布时间：2021-09-03 21:01

　　二维层状半导体材料具有独特的电子结构和量子尺寸效应,在能源、微电子、光学及光电子器件等领域受到广泛的关注。其中,Ⅳ-ⅥA族二维层状材料也因为成本低、元素丰富及对环境友好等优点,近几年迅速成为科研工作者们研究的热点。与此同时,Ⅳ-ⅥA族二维材料还具有丰富的层状晶体结构和新颖的物理性质,并且在光学和光电子学器件中展现出巨大的应用前景。然而,与目前主流的过渡金属硫族化合物相比,Ⅳ-ⅥA族二维材料在各个方向的研究工作均处于初始阶段,研究相对较少。本文主要针对单晶硫化锗和硒化锗二维材料制备、层数减薄、光学测试及电学表征进行研究工作。首先,概括综述了石墨烯、过渡金属硫族化合物以及黑磷等几种常见的二维材料研究工作。其次,总结了一下Ⅳ-ⅥA族二维材料近几年的研究现状;分别介绍了几种Ⅳ-ⅥA族二维材料的晶体结构和物理性质以及这些材料在场效应晶体管和光电探测方面的进展和多种器件制备前景。最后,简单概括了本文的研究工作的内容、目的以及意义。接下来,介绍了本文所使用到的几种常用设备仪器及其原理。第三章中,介绍了利用激光减薄技术,将机械剥离获得的高质量单晶二维硒化锗材料进行减薄处理;成功的获得了单层的二维硒化锗... 

【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１?（ａ）石墨烯的晶体结构示意图；（ｂ）石墨烯的三维能带结构??

带隙半导体（￣ｌ．ｌｅＶ）的块体二硫化钼结构，随层??数的减少，带隙结构发生变化，直到出现单层直接带隙二硫化钼（？１．８?ｅＶ）［６０－６３］。??独特的电子能带结构在低功耗电子器件［６４－６６］、场效应晶体管［６７－７２］、自旋电子??＃??飄｜?２．二＾?／?．；?：?＾?＼／＼?０?Ｖ?■??Ｉｒ－ｉｉ?＾??ｆ?Ｓ?Ｍ?ｒ?ｍ?ｋ?「ｒ?ｍ?ｋ?ｒ?ｒ?ｍ?ｋ?「ｒ?ｍ?ｋ?厂??５５０?９００?６５０??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?Ａ（ｎｍ）?＾?ｋ?，?Ｈ??图１－２?（ａ）单层二硫化钼蜂窝晶格结构；（ｂ）从左到右分别是计算的块材、四层、双层和单层二硫化钼的能带??结构。固体箭头表示最低的能量跃迁。（ｃ）用拉曼强度归一化的不同层数二硫化钼的光致发光光谱。［６０］??器件［７３－７４］、光电探测器件［７５－７９］以及低频功率器件［８０］等领域都具有可观的应用??２??

ｓｉｓｔｏｒｓ，ＦＥＴｓ）的电子迁移率??在室温下能够达ａｏｏｃｎ＾ｖＹ１，开关比可达￣１０８。??１．１．３?黑鱗（ＢＰ，?Ｂｌａｃｋ?Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｎｅ）??黑磷（Ｂｌａｃｋ?Ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｎｅ，ＢＰ）是一种除石墨稀以外的仅由单一元素二维半??导体材料。磷原子在平面内以共价键的形式形成面内原子层，微弱的范德华力将??层与层之间结合起来［８１］。黑磷面内磷原子有五个价电子（３ｓ２３ｐ３），每个磷原子与??邻近的三个磷原子之间通过ｓｐ３杂化形成褶皱的晶格结构［８２－８５］，如图１－３?（ａ）所??／?ｆ?４?＼?Ｈ??？?－３００?－丨?１?，?Ｘ???．［?〇???（Ａ）??－１００?－ＳＯ?－６０?－４０?－２０?〇?２０?４０?６０?８０?１００??＾?－?ｒ?Ｇａｔｅ?ｖｏｌｔａｇｅ?（Ｖ＞??｜?＼?＼?０?１０?２Ｄ?３０?４０?５０?％??ｇ?＼?Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ?（ｎｍ）??１?〇?ｊ１．?－?＞?．?－?，Ｔ?－?ｒ?．?，?Ｌ－－?Ｉ?０?１，?■?■?＼■丨?■—??０?ｆ?２?１?４?Ｓ?－３０－２０－１０?０?｝〇??Ｌａｔｅｒａｌ?ｄｉｓｔａｎｃｅ＾｝?ＮｏｒｎｒｕＪｕｅｄ?ｇａｔｅ?ｖｏｌｔ＾ａｅ?（Ｖ）??图１－３黑磷的场效应晶体管器件ｔ８５］?（ａ）黑磷的晶体结构示意图（ｂ）黑磷的场效应晶体管??器件结构示意图，下方是沟道层黑磷的厚度信息，＇６．５?ｒｎｎ?（ｃ）黑磷场效应晶体管器件的转移??特性曲线，插图为器件的光学显微镜图片（ｄ）不同厚度的黑磷场效应晶体管器件的性能，厚??度分别为１〇１１１１１（黑色），８１１１１１（红色）以及


本文编号：3381852