本文選題：硒化銦　切入點：二維材料　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：二維層狀半導(dǎo)體材料表現(xiàn)出不同于塊體材料的物理和化學(xué)性質(zhì),在納米電子器件和納米光電子器件領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景,因此成為材料和微電子等領(lǐng)域的研究熱點。然而穩(wěn)定的、高性能的二維層狀半導(dǎo)體材料還有待進(jìn)一步探索。硒化銦(InSe和In_2Se_3)是典型的IIⅠ-ⅤI族層狀半導(dǎo)體材料,塊體硒化銦表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性、高的電子遷移率和高的光吸收效率,可以應(yīng)用于高性能電子和光電子器件。目前關(guān)于二維硒化銦薄膜的研究甚少,很多性能還有待開發(fā)。本文探索了二維硒化銦薄膜的制備方法,并構(gòu)筑了多層InSe場效應(yīng)晶體管和光電晶體管,研究了多層InSe電子輸運性質(zhì)和光探測性能。制備了InSe-CuInSe_2平面p-n異質(zhì)結(jié),研究了其電學(xué)和光伏性能。構(gòu)筑了二維In_2Se_3薄膜的力學(xué)傳感器件和電子皮膚器件,系統(tǒng)研究了其對人體活動的監(jiān)測性能。本文通過機(jī)械剝離法,在不同襯底成功制備二維β-InSe薄膜,并揭示了InSe薄膜厚度對拉曼光譜和熒光光譜的影響規(guī)律。構(gòu)筑了多層InSe場效應(yīng)晶體管并研究了其電學(xué)輸運性質(zhì),得到了媲美單晶硅器件的性能。鋁、鈦、銦和鉻四種金屬接觸電極的InSe場效應(yīng)晶體管的電學(xué)輸運性能與四種金屬功函數(shù)大小順序不一致,與四種金屬在InSe表面的表面粗糙度一致。實驗和理論模擬結(jié)果證明金屬d軌道電子的數(shù)量決定了金屬與二維InSe接觸電阻的數(shù)值,金屬鉻是較好的電極材料。施加正負(fù)柵極電壓,在常壓和真空條件下多層InSe場效應(yīng)晶體管的表現(xiàn)出不同的不穩(wěn)定性。實驗結(jié)果說明柵極電壓誘導(dǎo)的不穩(wěn)定性主要源自柵極電壓可以調(diào)控InSe表面的氧氣和水分的吸附和解吸過程。比較不同介電層InSe場效應(yīng)晶體管的電學(xué)輸運性能,發(fā)現(xiàn)PMMA/氧化物雙介電層結(jié)構(gòu)顯著提高InSe的電學(xué)輸運性能。表面粗糙度和接觸角測試結(jié)果證實PMMA/氧化物雙介電層可以有效屏蔽氧化物介電層表面產(chǎn)的庫侖雜質(zhì)散射和極性聲子散射。建立了多層InSe的多次吸收反射的光吸收模型,構(gòu)筑了多層InSe光電晶體管并研究了光探測能力。理論模擬說明InSe對光的吸收與厚度緊密相關(guān),呈現(xiàn)非線性關(guān)系。InSe光電晶體管在不同波長和光照強(qiáng)度條件下激發(fā),表現(xiàn)出寬的光譜探測區(qū)間,計算的光響應(yīng)值和光探測值曲線證明該光電探測器具有超高的光電探測能力。多次彎曲后,柔性透明InSe薄膜光電探測器表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。發(fā)展了簡單固相法制備二維InSe-CuInSe_2平面p-n異質(zhì)結(jié)的新方法,并研究了該異質(zhì)結(jié)的電學(xué)和光電轉(zhuǎn)化性能�；谠摦愘|(zhì)結(jié)的二極管的Ⅰ-Ⅴ電流曲線表現(xiàn)出顯著的整流效應(yīng),計算的理想因子是1.3,證明擴(kuò)散電流主導(dǎo);在光激發(fā)下,該異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出顯著的光伏效應(yīng)和3.5%的光電轉(zhuǎn)化效率。發(fā)展了常壓化學(xué)氣相沉積法制備二維α-In_2Se_3薄膜的新方法。在氟金云母基底上成功制備出單晶尺寸100μm的、少層三角形狀的單晶In_2Se_3薄膜。研究不同基底二維α-In_2Se_3薄膜的生長機(jī)理,通過改變氟金云母基底的表面形貌,成功制備出各種大面積的、圖案化的二維In_2Se_3薄膜。開發(fā)了二維In_2Se_3薄膜的力學(xué)傳感器并研究傳感器對人體動作的監(jiān)測性能。在不同的拉伸和壓縮力作用下,二維In_2Se_3薄膜表現(xiàn)出顯著的壓阻效應(yīng)和良好的穩(wěn)定性。制備了二維In_2Se_3薄膜的力學(xué)傳感器和傳感器陣列,監(jiān)測人體動作實驗結(jié)果證實該傳感器對人體活動具有高的靈敏度和良好的穩(wěn)定性,傳感器陣列表現(xiàn)出良好的空間分辨率。本論文的工作豐富了硒化銦薄膜的制備和光電性能研究,為其在高性能微電子器件、光電子器件和力學(xué)傳感器件等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。
[Abstract]:Two dimensional layered semiconductor materials exhibit physical and chemical properties different from bulk materials, it has great application prospect in the field of nano devices and optoelectronic devices, thus become the research hotspot in the field of materials and microelectronics. However, stable, two dimensional layered semiconductor material with high performance remains to be further explored. (indium selenide InSe and In_2Se_3 II) is a typical I-V I layered semiconductor materials, bulk indium selenide showed good stability, high electron mobility and high light absorption efficiency, can be used in high performance electronic and optoelectronic devices. The current research on two-dimensional indium selenide thin films have many properties, and to be developed. This paper explored the preparation method of two-dimensional indium selenide thin films, and build a multilayer InSe field effect transistor and phototransistor, study the multilayer InSe electron transport properties and optical detection. . preparation of InSe-CuInSe_2 plane p-n heterojunction, studied the electrical and photovoltaic properties. To build a mechanical sensor and electronic device skin two-dimensional In_2Se_3 film, system to study the human activity monitoring performance. Through the mechanical stripping method at different substrate prepared two-dimensional beta -InSe film, and reveals the the effect of InSe film thickness on Raman spectra and fluorescence spectra. Build a multilayer InSe field effect transistor and study its electrical transport properties, the performance is comparable to monocrystalline silicon devices. Aluminum, titanium, chromium and indium four metal contact electrode electrical InSe field effect transistor and transport properties of four kinds of metal work function sequence is not consistent, consistent with the degree of four kinds of metal on the surface of InSe surface roughness. The experimental and theoretical simulation results show that the number of metal d electrons determines the contact resistance of the metal and 2D InSe The value of chromium metal electrode material is better. Applying positive and negative gate voltage, at atmospheric pressure and vacuum conditions of multilayer InSe field effect transistors exhibit different instability. Experimental results show that the gate voltage induced by the instability of the gate voltage can be controlled from the surface of InSe oxygen and moisture adsorption and desorption processes of different. The dielectric layer InSe field effect transistor electrical transport properties, PMMA/ double oxide dielectric layer structure of InSe significantly improved transport properties. Surface roughness and contact angle test results confirmed that the PMMA/ double oxide dielectric layer can effectively shield the oxide dielectric layer formed on the surface of the Coulomb impurity scattering and polar phonon scattering. The multilayer InSe absorb multiple reflection light absorption model was established, build a multilayer InSe phototransistor and study the optical detection ability. Theoretical simulation shows that InSe of light Closely related to the absorption and thickness, non-linear relationship between.InSe phototransistor in different wavelength and light intensity under the condition of excitation, exhibiting a wide spectrum range, and light detection value curve show that the photoelectric detector has high photoelectric detection ability response calculation of light. Multiple bending, flexible transparent InSe thin film photoelectric the detector shows good stability. The development of a simple solid-phase preparation method of two-dimensional InSe-CuInSe_2 plane p-n heterojunction, and studied the electrical heterojunctions and photoelectric conversion properties of the heterojunction diode. The I-V curves show significant effect of current rectifier based on ideal factor calculation is 1.3, that of diffusion the current dominant; under optical excitation, the heterojunction shows the photoelectric conversion efficiency of photovoltaic effect and the 3.5% significant. The development of atmospheric pressure chemical vapor deposition method for preparing two-dimensional alpha -In_2Se_ A new method of 3 films. In fluorophlogopite substrates prepared by the crystal size of 100 m, single crystal In_2Se_3 film layer less triangular shape. The growth mechanism of different substrate -In_2Se_3 films by two-dimensional alpha, the change of surface morphology of fluorophlogopite substrates, successfully prepared a variety of large, two-dimensional In_2Se_3 patterned films. Monitoring the performance of In_2Se_3 films developed a two-dimensional mechanical sensor and study the sensor on the human body movement. In different tensile and compressive force, the two-dimensional In_2Se_3 films exhibit a striking piezoresistive effect and good stability. The mechanical sensor and sensor array of two-dimensional In_2Se_3 films were prepared by the monitoring of human action experimental results show that the sensor has high sensitivity and good stability of human activities, sensor arrays exhibit good spatial resolution. This thesis enriches the The preparation and photoelectric properties of indium selenide thin films will lay a solid foundation for its application in related fields, such as high-performance microelectronic devices, optoelectronic devices and mechanical sensors.

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.2;TQ133.53

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本文編號：1592249