二维碲化镓半导体的制备及光、电性能研究

发布时间：2017-07-03 02:04

  本文关键词：二维碲化镓半导体的制备及光、电性能研究

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【摘要】：最近十年大量的研究发现二维纳米半导体材料具有独特的电学、光学、磁学和力学等性能。目前最具代表性的二维半导体功能材料包括石墨烯、二硫化钼和氮化硼，，近年来二维镓族材料引起了众多研究人员的广泛关注。III VI层状化合物，例如硒化镓，硫化镓，和硒化铟等二维半导体材料在光伏、光电子器件、非线性光学以及微电子器件等领域都具有很好的应用前景。本文基于二维镓族材料的良好的应用前景对碲化镓的制备、结构、电学以及电学性能进行深入的研究，并初步探索了二维碲化镓在纳米电子、光电器件领域的应用。 研究表明单晶块状碲化镓的为单斜晶系，其空间构型为C2/m。由于二维碲化镓特殊的表面性能，部分薄层碲化镓随着层数的减少由原来块状的单斜晶系变为六方晶系。 多层（20～50nm）碲化镓场效应晶体管（FET）的迁移率在5～8cm~2V~(-1)s~(-1)，而少层（20nm)的约在0.2～1.2cm~2V~(-1)s~(-1)。常温下碲化镓的电流开关较低，多层的在10以下，少层的只有10~2左右。其迁移率随温度的增加而增加，其开关比却随温度的增加而减小，当温度从300K降低到200K时其开关比从3×10~3减小到几十。研究发现，在不同的温度和偏压条件下二维碲化镓FET的载流子注入存在不同的传输机制，在较高的温度（200K）、较低的偏压（1V）时载流子注入以热激发为主，而在低温下(200K)以遂穿机制为主，随着偏压的增加载流子注入机制由直接遂穿变为富勒-诺德海姆(F-N)遂穿。此外，计算得到的二维碲化镓/铬的接触势垒在0.1～0.3eV之间。 实验发现二维碲化镓对可见-紫外光具有良好的光响应。以二氧化硅/硅为基底的碲化镓光探测器在紫外光照射下其光响应和量子效率在偏压为2V条件下达到191A/W~(-1)和10~5%，信噪比可达10~(12)，响应时间可达78ms，且表现出良好的稳定性。在可见光条件下其光响应和量子效率在偏压为2V条件下在10～50A/W~(-1)和0.5～1.5×10~4%，信噪比可达10~(12)。以聚对苯二甲酸乙二酯(PET)为基底的透明柔性二维碲化镓光探测器的性能也表现出良好的光探测性能和稳定性。这些结果都表明碲化镓是极具潜力的光探测器、光晶体管材料。
【关键词】：二维碲化镓 FET 光探测器
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O614.371
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 国内外研究进展10-16
• 1.3 课题的研究内容16-17
• 1.4 立题依据17-18
• 第2章 实验材料与方法18-22
• 2.1 实验所用试剂及仪器18-19
• 2.1.1 试剂18
• 2.1.2 仪器设备18-19
• 2.2 实验方法19-22
• 2.2.1 光学显微镜的分析19
• 2.2.2 扫描电子显微镜分析19-20
• 2.2.3 透射电子显微镜分析20
• 2.2.4 X 射线衍射20
• 2.2.5 拉曼及荧光光谱测试20
• 2.2.6 电学性能测试20-21
• 2.2.7 光电性能测试21-22
• 第3章 二维碲化镓半导体的制备及表征22-33
• 3.1 二维碲化镓的制备22
• 3.2 碲化镓材料的表征22-31
• 3.2.1 碲化镓的结构22-27
• 3.2.2 薄层碲化镓的形貌27-29
• 3.2.3 碲化镓的拉曼及 PL 表征29-31
• 3.3 本章小结31-33
• 第4章 二维碲化镓半导体的电学性能研究33-45
• 4.1 二维碲化镓场效应晶体管的构筑33-34
• 4.2 碲化镓场效应晶体管的电学性能测试34-43
• 4.2.1 常温下碲化镓的 FET 性能34-37
• 4.2.2 不同温度下碲化镓的 FET 性能37-38
• 4.2.3 碲化镓 FET 的载流子传输机制38-43
• 4.3 本章小结43-45
• 第5章 二维碲化镓的光学性能研究45-60
• 5.1 碲化镓光探测器的构筑46-47
• 5.2 碲化镓光学性能测试47-59
• 5.2.1 以 SiO_2/Si 为基底的碲化镓光电器件性能测试47-55
• 5.2.2 以 PET 为基底的碲化镓光电器件性能测试55-59
• 5.3 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-69
• 攻读学位期间发表的学术论文及申请专利69-71
• 致谢71

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