本文關(guān)鍵詞：單層二硒化鎢及其合金的合成與器件的研究

  更多相關(guān)文章： 單層 化學(xué)氣相沉積WSe_2 WSe_(2(1-x))S_(2x) 場效應(yīng)管

【摘要】：具有優(yōu)異的電子和光學(xué)性質(zhì)的二維層狀半導(dǎo)體材料為原子層厚度的電子器件和光電子器件的應(yīng)用打開了一扇大門。單層的過渡金屬硫?qū)倩?例如MoS2,WS2,MoSe2和WSe2由于其非常優(yōu)異的電子和光電子性質(zhì)引起了研究者的廣泛關(guān)注,同時這類材料具有半導(dǎo)體特性,與金屬性的石墨烯和絕緣體氮化硼性質(zhì)各異卻又可以作為互補發(fā)揮各自的優(yōu)勢。MoS2作為過渡金屬硫?qū)倩锏牡湫痛?其合成應(yīng)用都以得到廣泛的研究,而同類的WSe2在合成方法以及電學(xué)性能方面卻很少有人報道,但是柔性,近似透明且具有1.6 eV的直接帶隙使單層WSe2滿足作為電子器件和光電子器件的大部分需求。發(fā)展合成大面積均一的單層WSe2對于制作大規(guī)模的電子器件,柔性透明光電子器件等時是必不可少的前提。為了研究單層WSe2的更深的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì),需要精確的調(diào)控其帶隙以及電子結(jié)構(gòu),然而這也是目前二維材料合成中一個意義重大的挑戰(zhàn)。本論文主要研究化學(xué)氣相沉積方法合成單層WSe2,通過球差校正高分辨掃描透射電子顯微鏡和原子力顯微鏡對合成的樣品進行了原子級別的分析。其帶隙以及元素組成通過熒光光譜和X射線光電子能譜儀確定,最后基于合成的材料加工成場效應(yīng)管,研究其電學(xué)輸運性質(zhì)以及光響應(yīng)能力。為了調(diào)控單層WSe2的帶隙,我們通過摻入硫元素得到不同帶隙的WSe2(1-x)S2x合金,并研究不同帶隙的合金的電學(xué)輸運性質(zhì),同時該器件的電學(xué)穩(wěn)定性得到了確認,最后為了得到更高的遷移率,基于WSe2(1-x)S2x合金加工成頂柵場效應(yīng)管并測量其電學(xué)性質(zhì)。本論文取得的主要成果如下：(1)首次在SiOi/Si襯底上用常壓化學(xué)氣相沉積方法合成1 cm×0.5 cm大面積單層的WSe2晶體,室溫下觀察到樣品具有強烈的熒光峰,峰位在770nm(1.61eV)。它表明該樣品為直接帶隙半導(dǎo)體,高分辨掃描透射電子顯微鏡圖顯示樣品是晶格完美,沒有空位雜質(zhì)等缺陷,器件的遷移率μ為0.2cm2V-1s-1,光響應(yīng)能力Rλ為20 mA W-1達到同類材料的水平甚至更高。(2)利用化學(xué)氣相沉積的方法通過控制硫粉的量,成功制備大面積的具有可調(diào)控帶隙的單層WSe2(1-x)S2x。通過光電子能譜儀我們計算出x的值分別為0.07,0.28和0.85�；诤铣傻膯螌覹Se2(1-x)S2X合金背柵的場效應(yīng)管表現(xiàn)出很高開關(guān)比,達到大于104,且在空氣中暴露三個月后仍然保持極佳的電學(xué)穩(wěn)定性。單層的WSe1.44S0.56樣品還被用來制造頂柵場效應(yīng)管,其遷移率達到46.5 cm2V-1s-1。
【關(guān)鍵詞】：單層 化學(xué)氣相沉積WSe_2 WSe_(2(1-x))S_(2x) 場效應(yīng)管
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ136.13
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-38
• 1.1 過渡金屬硫?qū)倩锖喗?/span>10-13
• 1.2 合成過渡金屬硫?qū)倩锏姆椒?/span>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 過渡金屬硫?qū)倩锏谋碚魇侄?/span>18-19
• 1.4 過渡金屬硫?qū)倩锏碾妼W(xué)輸運和器件19-27
• 1.4.1 作為電子器件的材料19-21
• 1.4.2 電學(xué)輸運和散射機理21-22
• 1.4.3 過渡金屬硫?qū)倩锞w管22-24
• 1.4.4 光電子器件24-26
• 1.4.5 TMDs作為催化劑26-27
• 1.5 本文的選題背景與研究內(nèi)容27-28
• 參考文獻28-38
• 第二章 在SiO_2/Si襯底上合成大面積單層WSe_2及其器件應(yīng)用研究38-50
• 2.1 引言38
• 2.2 實驗部分38-40
• 2.2.1 實驗原料38-39
• 2.2.3 樣品的結(jié)構(gòu)表征39
• 2.2.4 場效應(yīng)管器件的制備39-40
• 2.3 結(jié)果與討論40-45
• 2.3.1 單層WSe_2的生長機理與形貌40-42
• 2.3.2 單層WSe_2的結(jié)構(gòu)與組成42-44
• 2.3.3 單層WSe_2的電學(xué)與光響應(yīng)性能44-45
• 2.4 本章小結(jié)45-46
• 參考文獻46-50
• 第三章 可調(diào)控帶隙的單層WSe_(2(1-x))S_(2x)的合成及電學(xué)性能研究50-62
• 3.1 引言50-51
• 3.2 實驗部分51-52
• 3.2.1 實驗原料51
• 3.2.2 WSe_(2(1-x))S_(2x)的合成與表征51
• 3.2.3 單層WSe_(2(1-x))S_(2x)帶隙的理論計算方法51-52
• 3.2.4 FET器件的加工52
• 3.3 結(jié)果與討論52-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 參考文獻59-62
• 第四章 結(jié)論與展望62-64
• 4.1 結(jié)論62
• 4.2 展望62-64
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文情況64-65
• 致謝65

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