大面积少层黑磷的制备及黑磷电学特性研究
发布时间：2023-04-28 19:21
近年来,黑磷作为一种极具吸引力的二维半导体材料,以其优异的电子和光电子器件应用前景而倍受关注。黑磷是一种天然的P型半导体材料,其带隙可由块体约0.3 eV到单层约2.0 eV连续可调节,其室温空穴迁移率和电流开关比可以分别达到1000 cm2V-1s-1和105。其带隙恰好填补了零带隙的石墨烯与宽带隙的过渡金属硫化物之间的空白。黑磷的电学器件往往利用少层黑磷制备而成,但相较于有成熟的化学气相沉积法制备的石墨烯和二硫化钼,少层黑磷的直接生长并不成熟,目前获得高质量少层黑磷往往依赖于随机性很高的机械剥离法。另外,由于少层黑磷晶体管具有双极性的输运特性,双极性的有效调控,无疑会为制备和集成n型和p型黑磷场效应晶体管(FET)铺平道路,使制作基于黑磷的互补金属氧化物半导体(CMOS)器件成为可能。基于此,本论文围绕这些问题开展了相关的研究工作。首先用我们改进的化学气相输运法成功地生长了高质量黑磷单晶,并发展了一种利用金属辅助机械剥离制备大面积少层黑磷的方法。然后利用ZnO和MgO对黑磷进行表面电荷转移注入,并改进我们的场效应晶体管制作工艺以提高其电学性能。取得如下创新性成果:(1)改进了传统化...
【文章页数】：112 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 二维纳米材料简介
1.2 黑磷的基本性质
1.2.1 磷的同素异形体及黑磷的晶体结构
1.2.2 黑磷的电子结构
1.2.3 黑磷的各向异性
1.3 块体黑磷的制备方法
1.3.1 高压法
1.3.2 汞催化法
1.3.3 铋重结晶法
1.3.4 化学气相输运法
1.3.5 其它方法
1.4 单层及少层黑磷制备方法
1.4.1 机械剥离法
1.4.2 液相剥离法
1.4.3 电化学剥离法
1.4.4 自下而上的方法
1.5 黑磷微纳结构的应用
1.5.1 场效应晶体管
1.5.2 光电子器件
1.5.3 光催化应用
1.5.4 储能设备应用
1.5.5 生物医学的应用
1.6 黑磷研究目前存在的问题
1.6.1 黑磷退化的机理
1.6.2 黑磷的钝化
1.7 本文主要研究内容和思路
第2章 化学气相输运法生长单晶黑磷
2.1 引言
2.2 实验方法
2.2.1 温差法制备黑磷
2.2.2 恒温法制备黑磷
2.3 黑磷的形貌与结构表征
2.3.1 黑磷的形貌与结构表征方法
2.3.2 黑磷的形貌与结构表征
2.4 实验参数对于黑磷产物的影响
2.5 化学气相输运法制备黑磷的原理
2.6 小结
第3章 大面积少层黑磷的制备及电学特性
3.1 引言
3.2 实验方法
3.2.1 块体黑磷晶体的合成
3.2.2 金属辅助机械剥离少层黑磷
3.2.3 少层黑磷的表征方法
3.2.4 少层黑磷的表征
3.3 MOS场效应晶体管原理与测试方法
3.3.1 MOS场效应晶体管基本原理
3.3.2 黑磷MOS型场效应晶体管的结构
3.3.3 MOS场效应晶体管电学性能表征
3.4 少层黑磷FET的电学性能测量
3.4.1 掩模版法制备黑磷场效应晶体管及性能测试
3.4.2 光刻法制备基于少层黑磷的场效应晶体管及性能测试
3.4.3 两种方法制备电极的差异
3.5 金属辅助机械剥离法的优势与问题
3.6 小结
第4章 黑磷场效应晶体管表面电荷转移掺杂研究
4.1 引言
4.2 表面电荷转移掺杂原理
4.2.1 二维材料场效应晶体管性能调控方式
4.2.2 表面电荷转移掺杂原理
4.3 器件制备方法
4.3.1 块体黑磷晶体的合成
4.3.2 PDMS薄膜制备少层黑磷与表征
4.4 不同金属氧化物对黑磷FET性能的调控作用
4.4.1 ZnO对黑磷FET性能的调控作用
4.4.2 MgO对黑磷FET性能的调控作用
4.5 云母覆盖层对MgO掺杂黑磷FET的影响
4.5.1 MgO沉积对二维材料的影响
4.5.2 云母覆盖层对MgO掺杂黑磷FET的影响
4.6 磁控溅射沉积氧化物掺杂黑磷的问题
4.7 黑磷FET制备工艺的改进
4.7.1 转移少层黑磷到电极上制备FET
4.7.2 转移电极到少层黑磷上制备FET
4.8 小结
第5章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 主要创新点
5.3 工作展望
参考文献
个人简历及博士期间发表的研究成果
个人筒历
攻读博士学位期间发表的论文
本文编号：3804318
【文章页数】：112 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 二维纳米材料简介
1.2 黑磷的基本性质
1.2.1 磷的同素异形体及黑磷的晶体结构
1.2.2 黑磷的电子结构
1.2.3 黑磷的各向异性
1.3 块体黑磷的制备方法
1.3.1 高压法
1.3.2 汞催化法
1.3.3 铋重结晶法
1.3.4 化学气相输运法
1.3.5 其它方法
1.4 单层及少层黑磷制备方法
1.4.1 机械剥离法
1.4.2 液相剥离法
1.4.3 电化学剥离法
1.4.4 自下而上的方法
1.5 黑磷微纳结构的应用
1.5.1 场效应晶体管
1.5.2 光电子器件
1.5.3 光催化应用
1.5.4 储能设备应用
1.5.5 生物医学的应用
1.6 黑磷研究目前存在的问题
1.6.1 黑磷退化的机理
1.6.2 黑磷的钝化
1.7 本文主要研究内容和思路
第2章 化学气相输运法生长单晶黑磷
2.1 引言
2.2 实验方法
2.2.1 温差法制备黑磷
2.2.2 恒温法制备黑磷
2.3 黑磷的形貌与结构表征
2.3.1 黑磷的形貌与结构表征方法
2.3.2 黑磷的形貌与结构表征
2.4 实验参数对于黑磷产物的影响
2.5 化学气相输运法制备黑磷的原理
2.6 小结
第3章 大面积少层黑磷的制备及电学特性
3.1 引言
3.2 实验方法
3.2.1 块体黑磷晶体的合成
3.2.2 金属辅助机械剥离少层黑磷
3.2.3 少层黑磷的表征方法
3.2.4 少层黑磷的表征
3.3 MOS场效应晶体管原理与测试方法
3.3.1 MOS场效应晶体管基本原理
3.3.2 黑磷MOS型场效应晶体管的结构
3.3.3 MOS场效应晶体管电学性能表征
3.4 少层黑磷FET的电学性能测量
3.4.1 掩模版法制备黑磷场效应晶体管及性能测试
3.4.2 光刻法制备基于少层黑磷的场效应晶体管及性能测试
3.4.3 两种方法制备电极的差异
3.5 金属辅助机械剥离法的优势与问题
3.6 小结
第4章 黑磷场效应晶体管表面电荷转移掺杂研究
4.1 引言
4.2 表面电荷转移掺杂原理
4.2.1 二维材料场效应晶体管性能调控方式
4.2.2 表面电荷转移掺杂原理
4.3 器件制备方法
4.3.1 块体黑磷晶体的合成
4.3.2 PDMS薄膜制备少层黑磷与表征
4.4 不同金属氧化物对黑磷FET性能的调控作用
4.4.1 ZnO对黑磷FET性能的调控作用
4.4.2 MgO对黑磷FET性能的调控作用
4.5 云母覆盖层对MgO掺杂黑磷FET的影响
4.5.1 MgO沉积对二维材料的影响
4.5.2 云母覆盖层对MgO掺杂黑磷FET的影响
4.6 磁控溅射沉积氧化物掺杂黑磷的问题
4.7 黑磷FET制备工艺的改进
4.7.1 转移少层黑磷到电极上制备FET
4.7.2 转移电极到少层黑磷上制备FET
4.8 小结
第5章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 主要创新点
5.3 工作展望
参考文献
个人简历及博士期间发表的研究成果
个人筒历
攻读博士学位期间发表的论文
本文编号：3804318
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3804318.html
