二维材料的制备、表征及其电学性能的研究

发布时间：2021-04-27 19:44

　　随着晶体管特征尺寸的不断缩小,传统硅基半导体器件已经逼近其物理极限,由于量子隧穿效应的出现会使器件功耗大幅度提升,无法保证器件安全稳定工作。面对日益增长的信息化需求,如何开发利用新材料、新原理、新架构、新器件延续摩尔定律成为人们研究的热点问题之一。近年来,二维过渡金属硫族化合物由于具有原子级厚度和表面平整光滑等优势,十分有希望作为未来晶体管的沟道材料。随着对其研究的不断深入,人们逐渐地从探索合成制备转向本征物理性质的调控,其本征电子结构与器件性能的关联研究仍值得深入挖掘。另一方面,利用电子自旋作为信息载体,研究与自旋相关的输运现象,构建新型自旋电子学器件是另一种后摩尔时代的信息存储策略。二维磁性材料自被发现以来便迅速成为科研焦点,二维磁性材料在单原子层下保持自发磁化以及层数依赖的磁性特征为更多新奇物理效应的研究带来了新的机遇,对研究低维磁性以及开发新型自旋电子器件有着重要的研究意义。然而,大部分单一的二维材料仍然在器件应用方面受到限制,如何实现二维材料本征属性的调控,探索其对电学输运的影响仍然是当前的研究重点。本论文以二维材料为研究对象,实现了不同种类二维材料的可控制备,通过多种技术手... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：118 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 前言
    1.2 二维层状材料概述
    1.3 过渡金属硫族化合物(TMDs)
        1.3.1 TMDs的物理性质
        1.3.2 TMDs在电子器件的应用现状
    1.4 自旋电子学研究进展
        1.4.1 磁阻效应
        1.4.2 反常霍尔效应
    1.5 二维磁性材料的研究现状
        1.5.1 二维磁性材料的种类
        1.5.2 二维磁性材料的调控
        1.5.3 二维磁性材料的应用
    1.6 本文的选题背景和研究内容
    参考文献
第2章 样品的制备和表征
    2.1 二维材料的制备方法
        2.1.1 固相反应法
        2.1.2 化学气相输运法
        2.1.3 化学气相沉积法
        2.1.4 二维材料的机械剥离与干法转移
    2.2 二维材料的器件加工
    2.3 二维材料的表征与测试技术
        2.3.1 光学显微镜
        2.3.2 原子力显微镜
        2.3.3 拉曼光谱和光致发光谱
        2.3.4 综合物性测试系统(PPMS)
        2.3.5 探针台
        2.3.6 X射线衍射仪
        2.3.7 其他表征方法
    参考文献
第3章 MS_(2(1-x))Se_(2x)(M=Mo,W)合金及其物性研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料
        3.2.2 具体过程
        3.2.3 通过XPS谱计算合金中S、Se比例的方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 形貌、结构、组成
        3.3.2 光学性质
        3.3.3 基于MoS_(2(1-x)Se_(2x)合金的场效应晶体管的性能研究
    3.4 本章小结
    参考文献
第4章 GQDs/WSe_2复合结构的p型导电增强研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料
        4.2.2 化学气相沉积法合成WSe_2
        4.2.3 石墨烯量子点(GQDs)及复合结构GQDs/WSe_2的制备
        4.2.4 场效应管器件加工与测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 GQDs/WSe_2的形貌表征
        4.3.2 GQDs/WSe_2的光学性质
        4.3.3 GQDs/WSe_2界面的电荷转移
        4.3.4 GQDs/WSe_2的场效应管性能研究
    4.4 本章小结
    参考文献
第5章 二维反铁磁材料MnPSe3的磁有序探究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 MnPSe_3单晶样品合成以及薄片制备
        5.2.2 低温拉曼测试
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 MnPSe_3的结构特征
        5.3.2 MnPSe_3的形貌、物相表征
        5.3.3 MnPSe_3的磁学性能
        5.3.4 MnPSe_3的拉曼信号与磁有序的研究
    5.4 本章小结
    参考文献
第6章 二维铁磁Fe_3GeTe_2的制备和厚度依赖的磁性研究
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 实验原料
        6.2.2 Fe3GeTe2单晶制备过程
        6.2.3 器件制备
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 Fe_3GeTe_2的结构以及形貌
        6.3.2 块体Fe_3GeTe_2的磁性性能
        6.3.3 Fe_3GeTe_2中厚度依赖的磁性研究
    6.4 本章小结
    参考文献
第7章 薄层Fe_3GeTe_2中台阶引起的反对称磁阻研究
    7.1 引言
    7.2 实验部分
        7.2.1 厚度差样品的制备
        7.2.2 理论模拟
    7.3 实验结果与讨论
        7.3.1 厚度台阶引起反对称磁阻行为
        7.3.2 反对称磁阻的物理机制
        7.3.3 磁场、电流、台阶的几何结构关系
    7.4 本章小结
    参考文献
第8章 论文总结与未来工作展望
    8.1 论文总结
    8.2 未来工作展望
致谢
在学期间取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]二维材料的拉曼光谱研究进展[J]. 吴娟霞,谢黎明.  科学通报. 2018(35)
[2]磁性隧道结的隧穿磁电阻效应及其研究进展[J]. 李彦波,魏福林,杨正.  物理. 2009(06)
[3]反常霍尔效应理论的研究进展[J]. 梁拥成,张英,郭万林,姚裕贵,方忠.  物理. 2007(05)
[4]原子力显微镜（AFM）在材料性能分析中的应用[J]. 施春陵,蒋建清.  江苏冶金. 2005(01)
[5]磁电子学中的若干问题[J]. 蔡建旺,赵见高,詹文山,沈保根.  物理学进展. 1997(02)



本文编号：3164053