二维金属硫化物带隙调控及其电学性能研究
发布时间：2021-08-11 01:20
二维（Two-dimensional,2D）材料以其独特的物理、机械以及电学特性引起了研究者们的广泛关注。其中,由两种或两种以上的2D材料构成的合金(如Mo(SxSe1-x)2、W(SxSe1-x)2)和异质结（如MoS2/TaSe2、MoS2/WS2、MoSe2/MoS2）,因其不同于单一2D材料的物理特性和电学性能,为新材料的开发和新型器件的应用带来了诸多可能。二维合金和异质结显著的优点之一是能够实现针对二维层状半导体带隙的精确调控,这一特征对于丰富二维材料在电学和光电学领域的研究与应用具有重要意义。发掘二维材料带隙相关的物理特性的研究对于其广泛的实际应用具有重要的基础意义。此外,二维材料具有原子级层状堆叠的结构特点,层内原子间是通过较强的共价键结合,相邻原子层间是通过范德华力相结合。独特的结构特征使得二维材料在构建异质结...
【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
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
二维材料的分类[19]
华东师范大学博士学位论文4（2）石墨烯族石墨烯作为第一个被人类发现的二维材料，因其杰出的机械性能、物理性能，在电学及柔性电子学方面具有广泛的应用。石墨烯是由碳原子一种元素构成的层状材料，其晶体结构和原子轨道如图1-3所示，从图中可以看出，碳原子与碳原子之间的键长为0.142nm。单层石墨烯的厚度为0.34nm[28,29]，层内的碳原子与周围最近的碳原子共用三个电子排列成六角蜂窝状，并形成平面内σ键[29]。经研究表明，平面内的σ键与石墨烯的结构和振动特性具有较大的相关性，其决定了石墨烯的导热系数和杨氏模量的大校在单层石墨烯的能带结构中，因为K点的线性色散，从而引入了一些奇异的物理现象，如打开新“费米狄拉克”物理的反常室温量子霍尔效应。单层石墨烯的载流子迁移率超高，表面积-体积比值较大，但是因为其带隙为零，所以其电流开关比较小，这就严重限制其在电学和光电学领域中的应用。目前，为了打开石墨烯的带隙，研究者们已经尝试了很多种图1-2(a)和(b)分别为单层BP晶体结构的侧视图和俯视图[23]；(c)和(d)分别为不同层数BP的能带结构和归一化PL光谱[24,25]。
第一章绪论5方式[30-35]，但是都没有得到满意的效果，要么是太大(3.5-3.7eV)[30]，要么就会太小(0.4eV)[35]。（3）Ⅲ-Ⅵ族层状半导体材料硒化铟（InSe）属于Ⅲ-Ⅵ族层状半导体材料，近些年，基于其杰出的光电响应特性以及电学特性，成功吸引了人们的眼球。因为其原子堆叠方式不同，所以主要存在以下三种类型：β-InSe原子以ABAB形式堆叠，结构最稳定，单层和少层的带隙分别为2.4eV和1.4eV[36]，其价带顶（VBM）的位置随厚度变化而发生明显的变化，这有助于优化带隙，以提高载流子迁移率，在宽禁带光电器件中应用较为广泛。γ-InSe，原子以ABCABC方式堆叠，金属接触性能好，带隙范围适中，性能很不稳定，因此，在电子和光电子领域中的应用受到了极大的阻碍。ε-InSe，也是本文工作中的主要研究对象，其原子堆叠方式为ACAC，其单层的带隙为间接带隙，大小为1.4eV。单层、双层以及块材InSe的结构如图1-4所示，四个In-Se-Se-In原子层之间通过共价键相互连接而成层状InSe。在室温下，InSe材料的电学性能较好，因为其有效电子质量较小，电子-声子散射对其载流子迁移率影响也较校InSe材料与石墨烯和过渡金属硫化物的带隙结构不同，图1-3(a)石墨烯的基本单元结构和键长；(b)石墨烯的原子轨道示意图；(c)石墨烯的能带结构；(d)低能条件下，石墨烯对应的线性特征能量分布谱；(e)石墨烯的能带大小与其能量分布谱的变化图[28]。
本文编号：3335154
【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
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
二维材料的分类[19]
华东师范大学博士学位论文4（2）石墨烯族石墨烯作为第一个被人类发现的二维材料，因其杰出的机械性能、物理性能，在电学及柔性电子学方面具有广泛的应用。石墨烯是由碳原子一种元素构成的层状材料，其晶体结构和原子轨道如图1-3所示，从图中可以看出，碳原子与碳原子之间的键长为0.142nm。单层石墨烯的厚度为0.34nm[28,29]，层内的碳原子与周围最近的碳原子共用三个电子排列成六角蜂窝状，并形成平面内σ键[29]。经研究表明，平面内的σ键与石墨烯的结构和振动特性具有较大的相关性，其决定了石墨烯的导热系数和杨氏模量的大校在单层石墨烯的能带结构中，因为K点的线性色散，从而引入了一些奇异的物理现象，如打开新“费米狄拉克”物理的反常室温量子霍尔效应。单层石墨烯的载流子迁移率超高，表面积-体积比值较大，但是因为其带隙为零，所以其电流开关比较小，这就严重限制其在电学和光电学领域中的应用。目前，为了打开石墨烯的带隙，研究者们已经尝试了很多种图1-2(a)和(b)分别为单层BP晶体结构的侧视图和俯视图[23]；(c)和(d)分别为不同层数BP的能带结构和归一化PL光谱[24,25]。
第一章绪论5方式[30-35]，但是都没有得到满意的效果，要么是太大(3.5-3.7eV)[30]，要么就会太小(0.4eV)[35]。（3）Ⅲ-Ⅵ族层状半导体材料硒化铟（InSe）属于Ⅲ-Ⅵ族层状半导体材料，近些年，基于其杰出的光电响应特性以及电学特性，成功吸引了人们的眼球。因为其原子堆叠方式不同，所以主要存在以下三种类型：β-InSe原子以ABAB形式堆叠，结构最稳定，单层和少层的带隙分别为2.4eV和1.4eV[36]，其价带顶（VBM）的位置随厚度变化而发生明显的变化，这有助于优化带隙，以提高载流子迁移率，在宽禁带光电器件中应用较为广泛。γ-InSe，原子以ABCABC方式堆叠，金属接触性能好，带隙范围适中，性能很不稳定，因此，在电子和光电子领域中的应用受到了极大的阻碍。ε-InSe，也是本文工作中的主要研究对象，其原子堆叠方式为ACAC，其单层的带隙为间接带隙，大小为1.4eV。单层、双层以及块材InSe的结构如图1-4所示，四个In-Se-Se-In原子层之间通过共价键相互连接而成层状InSe。在室温下，InSe材料的电学性能较好，因为其有效电子质量较小，电子-声子散射对其载流子迁移率影响也较校InSe材料与石墨烯和过渡金属硫化物的带隙结构不同，图1-3(a)石墨烯的基本单元结构和键长；(b)石墨烯的原子轨道示意图；(c)石墨烯的能带结构；(d)低能条件下，石墨烯对应的线性特征能量分布谱；(e)石墨烯的能带大小与其能量分布谱的变化图[28]。
本文编号：3335154
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