单层二硒化钨及其合金的合成与器件的研究

发布时间：2017-09-14 17:04

  本文关键词：单层二硒化钨及其合金的合成与器件的研究

  更多相关文章： 单层 化学气相沉积WSe_2 WSe_(2(1-x))S_(2x) 场效应管

【摘要】：具有优异的电子和光学性质的二维层状半导体材料为原子层厚度的电子器件和光电子器件的应用打开了一扇大门。单层的过渡金属硫属化物,例如MoS2,WS2,MoSe2和WSe2由于其非常优异的电子和光电子性质引起了研究者的广泛关注,同时这类材料具有半导体特性,与金属性的石墨烯和绝缘体氮化硼性质各异却又可以作为互补发挥各自的优势。MoS2作为过渡金属硫属化物的典型代表,其合成应用都以得到广泛的研究,而同类的WSe2在合成方法以及电学性能方面却很少有人报道,但是柔性,近似透明且具有1.6 eV的直接带隙使单层WSe2满足作为电子器件和光电子器件的大部分需求。发展合成大面积均一的单层WSe2对于制作大规模的电子器件,柔性透明光电子器件等时是必不可少的前提。为了研究单层WSe2的更深的电学和光学性质,需要精确的调控其带隙以及电子结构,然而这也是目前二维材料合成中一个意义重大的挑战。本论文主要研究化学气相沉积方法合成单层WSe2,通过球差校正高分辨扫描透射电子显微镜和原子力显微镜对合成的样品进行了原子级别的分析。其带隙以及元素组成通过荧光光谱和X射线光电子能谱仪确定,最后基于合成的材料加工成场效应管,研究其电学输运性质以及光响应能力。为了调控单层WSe2的带隙,我们通过掺入硫元素得到不同带隙的WSe2(1-x)S2x合金,并研究不同带隙的合金的电学输运性质,同时该器件的电学稳定性得到了确认,最后为了得到更高的迁移率,基于WSe2(1-x)S2x合金加工成顶栅场效应管并测量其电学性质。本论文取得的主要成果如下：(1)首次在SiOi/Si衬底上用常压化学气相沉积方法合成1 cm×0.5 cm大面积单层的WSe2晶体,室温下观察到样品具有强烈的荧光峰,峰位在770nm(1.61eV)。它表明该样品为直接带隙半导体,高分辨扫描透射电子显微镜图显示样品是晶格完美,没有空位杂质等缺陷,器件的迁移率μ为0.2cm2V-1s-1,光响应能力Rλ为20 mA W-1达到同类材料的水平甚至更高。(2)利用化学气相沉积的方法通过控制硫粉的量,成功制备大面积的具有可调控带隙的单层WSe2(1-x)S2x。通过光电子能谱仪我们计算出x的值分别为0.07,0.28和0.85。基于合成的单层WSe2(1-x)S2X合金背栅的场效应管表现出很高开关比,达到大于104,且在空气中暴露三个月后仍然保持极佳的电学稳定性。单层的WSe1.44S0.56样品还被用来制造顶栅场效应管,其迁移率达到46.5 cm2V-1s-1。
【关键词】：单层 化学气相沉积WSe_2 WSe_(2(1-x))S_(2x) 场效应管
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ136.13
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-38
• 1.1 过渡金属硫属化物简介10-13
• 1.2 合成过渡金属硫属化物的方法13-18
• 1.2.1 自上而下的方法14-16
• 1.2.2 自下而上的方法16-18
• 1.3 过渡金属硫属化物的表征手段18-19
• 1.4 过渡金属硫属化物的电学输运和器件19-27
• 1.4.1 作为电子器件的材料19-21
• 1.4.2 电学输运和散射机理21-22
• 1.4.3 过渡金属硫属化物晶体管22-24
• 1.4.4 光电子器件24-26
• 1.4.5 TMDs作为催化剂26-27
• 1.5 本文的选题背景与研究内容27-28
• 参考文献28-38
• 第二章 在SiO_2/Si衬底上合成大面积单层WSe_2及其器件应用研究38-50
• 2.1 引言38
• 2.2 实验部分38-40
• 2.2.1 实验原料38-39
• 2.2.3 样品的结构表征39
• 2.2.4 场效应管器件的制备39-40
• 2.3 结果与讨论40-45
• 2.3.1 单层WSe_2的生长机理与形貌40-42
• 2.3.2 单层WSe_2的结构与组成42-44
• 2.3.3 单层WSe_2的电学与光响应性能44-45
• 2.4 本章小结45-46
• 参考文献46-50
• 第三章 可调控带隙的单层WSe_(2(1-x))S_(2x)的合成及电学性能研究50-62
• 3.1 引言50-51
• 3.2 实验部分51-52
• 3.2.1 实验原料51
• 3.2.2 WSe_(2(1-x))S_(2x)的合成与表征51
• 3.2.3 单层WSe_(2(1-x))S_(2x)带隙的理论计算方法51-52
• 3.2.4 FET器件的加工52
• 3.3 结果与讨论52-58
• 3.4 本章小结58-59
• 参考文献59-62
• 第四章 结论与展望62-64
• 4.1 结论62
• 4.2 展望62-64
• 攻读硕士期间发表论文情况64-65
• 致谢65

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;高速液相层析用的光敏场效应管紫外检测器[J];化学学报;1977年Z2期

2 刘万忠;周性尧;;丁卡因涂丝场效应管的研制[J];化学传感器;1988年04期

3 吴承汕;;用纸质“介质”层制作的场效应管[J];功能材料信息;2008年04期

4 徐国华;陈淑章;张嗣良;;离子敏场效应管青霉素浓度测定仪[J];化学传感器;1991年03期

5 ;光敏场效应管紫外检测器[J];有机化学;1976年04期

6 李荫煌;李英林;;场效应管逆变电路在手弧焊机中应用问题的研究[J];电焊机;1991年03期

7 任永元;陈樟海;王PrPr;;方波信号发生器及场效应管驱动器[J];电焊机;1993年02期

8 余孝颖,雷晟,陈贵春;胆碱酯酶场效应管传感器[J];分析化学;1996年05期

9 胡启;;用结型场效应管的线性化技术控制文氏振荡器的失真度[J];测井技术;1981年01期

10 孔祥戈;;化学敏场效应管传感器及其栅极的制备[J];仪表材料;1988年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 马草原;许燕青;狄京;李晓庆;杨舒程;;场效应管基本原理教学方法初探[A];第6届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集（上册）[C];2009年

2 张伟平;沈楚玉;;用一种组合优化算法提取场效应管模型参数[A];1995年全国微波会议论文集（下册）[C];1995年

3 于洪喜;单民珩;潘建华;崔骏业;;Ku波段25瓦场效应固态放大器[A];1995年全国微波会议论文集（上册）[C];1995年

4 徐希俊;沈楚玉;;一种新的微波场效应管等效电路参数提取方法[A];1993年全国微波会议论文集（下册）[C];1993年

5 马草原;许燕青;张智宏;秦亚男;;模拟电子技术教学方法研究[A];全国高等学校电子技术研究会2006年年会论文集[C];2006年

6 顾忠诚;王伟;;双栅场效应管介质振荡器研究与应用[A];2005年海峡两岸三地无线科技学术会论文集[C];2005年

7 胡加兴;刘宝元;郭荣礼;;聚乙烯醇作为绝缘层的有机场效应管[A];2010年西部光子学学术会议摘要集[C];2010年

8 王欣;唐丹;陈敏德;郝晓敏;;场效应管高压纳秒脉冲源技术[A];中国工程物理研究院科技年报（2002）[C];2002年

9 何盛资;王永彬;李敦白;;微波功率场效应管测试中的现象分析[A];1985年全国微波会议论文集[C];1985年

10 张文强;年夫顺;宁曰民;姜万顺;;TGF2023系列场效应管宽带匹配网络设计[A];2011年全国微波毫米波会议论文集（下册）[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 广西 郑黄未;场效应管D极与S极能否互换使用？[N];电子报;2006年

2 ;浅谈场效应管D极与S极的互换[N];电子报;2007年

3 广西 荣祖福;谈场效应管的D极与S极[N];电子报;2007年

4 山东 李江杰;场效应管D极与S极能否随意互换？[N];电子报;2007年

5 广州 刘远兵;场效应管使用经验[N];电子报;2007年

6 四川 钟荣 钟建;用普通开关管代换场效应管[N];电子报;2005年

7 河北 刘德村;电动车大功率场效应管筛选器[N];电子报;2006年

8 河南 蔡自治;用结型场效应管制作多用感应测电笔[N];电子报;2012年

9 王罗毅;场效应管和双极型晶体管的比较和选择[N];北京电子报;2000年

10 安康广播转播台 陈世贵;场效应攻放管检测仪[N];陕西科技报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 姚博;高性能小分子有机光敏场效应管研究[D];兰州大学;2014年

2 李业新;杂化有机共轭化合物的合成及场效应性能研究[D];山东大学;2010年

3 王晓鹏;先进三维集成电路（3D-IC）中硅通孔（TSV）和氮化镓（GaN）场效应管中的电—热—力特性研究[D];浙江大学;2011年

4 王慧泉;基于场效应管检测的新型纳机电谐振器基础研究[D];浙江大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 吴沛;有机场效应管的制作及特性研究[D];东南大学;2005年

2 王跃庆;基于介电润湿效应的液体场效应管的研制[D];南京邮电大学;2013年

3 徐敏;新型纳米场效应管量子效应及其对构建电路影响[D];南京邮电大学;2015年

4 宋新立;场效应管自动测试技术及其软硬件实现[D];电子科技大学;2013年

5 程笑林;场效应管瞬态电热特性的谱元法分析[D];南京理工大学;2015年

6 荆娜;以聚噻吩为沟道材料的场效应管研究[D];天津理工大学;2009年

7 夏春萍;碳纳米管场效应管电子输运特性的研究[D];南京邮电大学;2013年

8 高鹏杰;基于酞菁铅有机光敏场效应管的研究[D];兰州大学;2013年

9 王欣;场效应管高压宽脉宽双快沿脉冲源技术研究[D];中国工程物理研究院;2005年

10 黄俊;碳纳米管场效应管的建模与仿真研究[D];上海交通大学;2010年

，

本文编号：851218