【摘要】：自石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來,二維材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)及特性引起了科研工作者們的關(guān)注。作為二維材料家族的新成員,二維超薄過渡族金屬碳化物(TMCs)的結(jié)構(gòu)特點及優(yōu)良的物理、化學(xué)性質(zhì)為二維材料的應(yīng)用注入了新的活力。由液相剝離法制備得到的二維TMCs通常具有較小的橫向尺寸,但其導(dǎo)電性及透光性良好,其功函數(shù)可以通過改變表面的官能團(tuán)來調(diào)控。CVD法制備得到的二維超薄TMCs通常具有比剝離法制備的TMCs更大的橫向尺寸,其導(dǎo)電性和透光性優(yōu)異且熱穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性良好。TMCs的優(yōu)良特性使其為后摩爾時代中的光電探測器進(jìn)一步向高靈敏、微型化的方向發(fā)展提供了新的可能。光電探測器是光信息采集系統(tǒng)中最為重要且應(yīng)用最為廣泛的光電元件之一。隨著光電探測系統(tǒng)進(jìn)一步向高靈敏、微型化的方向發(fā)展,研制出靈敏性更高且更加微型化的光電探測器是十分必要的。然而,關(guān)于構(gòu)建新型光電探測器的理想材料——二維TMCs的光電探測器件的研究卻鮮有報道。更為基礎(chǔ)的是,如何制備出更適合于在光電探測器中應(yīng)用(如面積更大缺陷更少)的TMCs也有待探究。鑒于此,我們開展了如下文所述的研究工作。1.用選擇性刻蝕輔助液相剝離法制備了二維Ti_3C_2T_x,并將其與n型硅(n-Si)結(jié)合構(gòu)建出了Ti_3C_2T_x/n-Si范德華爾斯肖特基結(jié)光電探測器。研究了Ti_3C_2T_x的厚度、退火處理、真空環(huán)境對Ti_3C_2T_x/n-Si范德華爾斯肖特基結(jié)性能的影響。測試分析了偏壓狀態(tài)下,Ti_3C_2T_x/n-Si光電探測器的光探測性能。制備出了電壓響應(yīng)和恢復(fù)時間分別為0.84 ms和1.67 ms的自供電Ti_3C_2T_x/n-Si光電探測器,它對能量密度為15.17mW/cm~2、波長為405 nm的激光的響應(yīng)度和開關(guān)比分別為26.95 mA/W及10~5。2.為了獲得更有利于電荷傳輸?shù)谋∧る姌O材料,我們探究了不同生長條件對CVD法合成碳化鉬-石墨烯(Mo_2C-Gr)雜化薄膜的影響。在測試了Mo_2C-Gr雜化膜的功函數(shù)后,我們以之為電極構(gòu)建了Mo_2C-Gr/Sb_2S_(0.42)Se_(2.58)/TiO_2/FTO雙面光電探測器,該探測器可以實現(xiàn)對分別經(jīng)兩側(cè)電極入射的光的探測。測試和分析了不同溫度、不同偏置電壓條件下該光電探測器的光探測性能。探究了該光電探測器對不同波長及不同光強(qiáng)的入射光的電流響應(yīng)。最終,制備出了在自供電的條件下對波長為650nm、能量密度為2.5 mW/cm~2的入射光的響應(yīng)度為35.91 mA/W的光電探測器,該光電探測器的電壓響應(yīng)時間和恢復(fù)時間分別為0.084 ms及0.100 ms。3.為了制備出更適合于在光電探測器中應(yīng)用的TMCs,我們用改良了的CVD法制備出了大面積超薄的Mo_2C晶體,并探討了大面積Mo_2C晶體的生長機(jī)理。以具有低功函數(shù)值的大面積Mo_2C為電極,我們將其與Au結(jié)合構(gòu)建了具有大功函數(shù)差的非對稱金屬接觸結(jié)構(gòu)。測試并分析了由非對稱金屬接觸驅(qū)動的MoS_2基光電探測器的性能,得到了在自供電的條件下對波長為600 nm、能量密度為1.78 mW/cm~2的入射光的響應(yīng)度為10~(-1) mA/W的Mo_2C/MoS_2/Au光電探測器。該光電探測器的電流響應(yīng)和恢復(fù)時間分別為23 s和28 s。
【圖文】：

強(qiáng)的功能可調(diào)性[21]。合成的二維材料——石墨烯，它的性能也層碳原子以正六邊形結(jié)構(gòu)排列組合而成，它構(gòu)的二維半導(dǎo)體材料。這種獨特的能帶結(jié)構(gòu)電學(xué)性能有明顯的區(qū)別[22]。石墨烯的載流子，其透光率達(dá)到 97.7%[23]。石墨烯的熱導(dǎo)率1、2630 m2g-1[24, 25]。石墨烯的這些性質(zhì)使其烯零帶隙的特性限制了它在高性能的電子晶中的其他成員，如 TMDs、BP 等二維材料、WSe2等 TMDs 具有 1 eV 到 2 eV 的禁帶現(xiàn)在具有略大于 0.3 eV 的禁帶寬度的情況移率[27]，它們都非常適合于構(gòu)建電子晶體管電子、光電子器件的進(jìn)一步發(fā)展提供了堅實

方法、性能及實際應(yīng)用等方面的內(nèi)容。雖然現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的二維材料的種類已富，但科研工作者們對新型二維材料的研究從未停止。二維材料的常見制備方法新型二維材料的成功制備是對其展開研究的先決條件，由于經(jīng)典的材料制往可以為新型材料的制備及制備方法的優(yōu)化提供思路，因此，本節(jié)將對二常見制備方法做出簡要介紹。材料的制備方法可以分為自上而下的減材制下而上的增材制造法。對于二維材料而言，常見的自上而下的制備方法有剝離，，液相剝離兩種方式。其中液相剝離法又可以根據(jù)剝離原理的不同分力輔助液相剝離、離子插層輔助液相剝離、離子交換輔助液相剝離、氧化剝離和選擇性刻蝕液相剝離等方法。常見的自下而上的制備方法有：濕法法和化學(xué)氣相沉積法。二維材料常見制備方法的匯總及分類圖如圖 1.2 所示對二維材料的常見制備方法逐一做出介紹。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2;TN36

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