脉冲激光沉积制备的二维InSe及其异质结薄膜的光学与柔性光电性质研究

发布时间：2021-08-02 17:50

　　随着二维半导体领域的研究日渐深入,这类层状半导体也表现出越来越多神奇的物理性质。但是一个广泛而又基本的问题始终存在于二维半导体领域——如何制备大面积的二维半导体材料。常见的二维材料获取方法,如化学气相沉积或机械剥离都难以获取超过几百微米大小的样品。因此,为了解决这个问题,我们深入探究了脉冲激光沉积系统在制备大面积二维硒化铟（InSe）材料方面的应用。InSe作为一种Ⅲ-Ⅴ族二维半导体,因为其优良的光电特性和超高的电子迁移率而受到广泛关注。PLD系统能够非常容易的获取厘米级大小的二维InSe半导体薄膜。同时,对于制备的样品厚度和形状能够精确控制,为进一步制备相应二维材料微纳器件降低了难度。我们实现了PLD在不同温度下制备大面积二维InSe薄膜。研究中发现,用PLD制备InSe的适宜温度区间涵盖了从350oC到600oC的范围。这种宽泛的温度要求丰富了衬底选择的多样性,同时也给结合其他材料形成异质结带来了可能性。我们通过XRD、Raman和SEM系统分析表明生成的ε相的InSe薄膜的具有良好的结晶性,表面有明显的层状结构。并通过XPS测试技术可知In与Se化学计量比为1.08:1,非常接近... 

【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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所示，相图左侧化学计量比In多Se少的InSe，而相图右侧化学计量比In少图1.1铟硒化合物相图

华东师范大学硕士学位论文4且在PLD中，二维材料由于表面存在范德华力，对衬底表面的晶格结构依赖性相对较校因此，可以利用各种不同的衬底沉积材料，包括等SiO2/Si，云母，Al2O3，PI等。PLD的生长模式较为特殊，利用激光烧蚀靶材而诱发羽辉在空间中膨胀。因此PLD可以生长厘米级的二维半导体材料，有的甚至达到直径5厘米，是CVD或者机械剥离这种常见方式不能比拟的优势。为了提高PLD制备的样品质量，丰富材料的功能，有非常多的改进策略被采用。如原位退火，表面官能团进行修饰或表面功能化，表面钝化、缺陷调控、能带调控、离子液浸泡等，都取得了很好的效果。[11,12,17]脉冲激光沉积制备的样品面积较大且产出稳定而高效。因此广泛地应用在制备相应材料的微纳器件方面，如pn结，光电探测器，柔性器件等。我们在实验中发现，PLD制备二维材料的确表现出许多不同于以往沉积传统功能材料的现象，有待进一步的理论研究。同时，在制备二维材料方面，PLD也存在着一些缺点：如薄膜生成过程中容易形成晶格缺陷，难以实现已沉积材料的转移等，需要进一步的改进和完善。1.3二维材料的表征技术1.3.1拉曼散射光谱技术(RamanSpectra)图1.2Raman散射原理图

华东师范大学硕士学位论文11第二章脉冲激光沉积制备的二维硒化铟（InSe）薄膜2.1InSe与CuInSe2/InSe异质结的制备过程类似于常见的PLD系统制备氧化物薄膜，用PLD制备二维材料也采用在高真空腔体中使用脉冲激光烧蚀靶材的方式，激发出从靶材到衬底飞越的等离子体并最终在衬底上形成一层致密的薄膜。在传统的氧化物薄膜的制备中，由于可以提供合适的氧分压，使得薄膜的质量、薄膜的元素比例和薄膜中的缺陷都能得到调控。然而不同于氧化物薄膜的制备过程，更不同于CVD制备工艺中的自由生长氛围，二维材料的制备很难提供相应的气体氛围，这在一定程度上影响了薄膜中的缺陷以及最终产物的质量。因此，既有课题组使用Ar气作为背景气压，也有相关的课题组直接采用超高真空作为背景气压。本文实验中的具体实验条件及操作步骤如下：1、衬底的准备。如果采用硅作为衬底（B掺杂的p型硅，表面覆盖一层285nm的二氧化硅层），须先将硅晶圆用金刚石刀切成数块约1cm2的小方块，再置于超声波清洗仪器中依次用丙酮、酒精、去离子水各清洗15min。如果采用天然云母（1cm2，约20微米厚）作为衬底，则需要用刀片从云图2.1脉冲激光沉积系统示意图。采用的脉冲激光波长为248nm，脉冲宽度为20ns。采用电阻式加热装置。

【参考文献】：
博士论文
[1]硒化铟纳米薄膜的制备及其电学和光电性能研究[D]. 冯伟.哈尔滨工业大学 2017



本文编号：3318011