近些年來,二維材料由于具有一些獨(dú)特的物理和化學(xué)特性,如超高的載流子遷移率、帶隙可以調(diào)控、機(jī)械強(qiáng)度高等,受到很多研究者的關(guān)注。過渡金屬硫族化合物(TMDCs)因?yàn)槠浔菊鲙�、�?qiáng)的光與物質(zhì)相互作用等特性,可以通過任意方向堆疊不同的二維材料組成范德瓦耳斯異質(zhì)結(jié),使得這些二維材料相互彌補(bǔ)不足并發(fā)揮優(yōu)勢(shì),逐漸興起范德瓦耳斯異質(zhì)結(jié)的研究。相比于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié),范德瓦耳斯異質(zhì)結(jié)不考慮晶格失配和熱失配問題,表面沒有懸掛鍵,易于通過范德瓦耳斯力形成異質(zhì)結(jié),制備方法簡單。石墨烯材料是沒有帶隙的,具有超高的載流子遷移率、費(fèi)米能級(jí)隨柵壓可調(diào)等性能,狄拉克錐形狀的能帶結(jié)構(gòu),使其在光電子器件領(lǐng)域有很好的潛力。人們又發(fā)現(xiàn)在過渡金屬硫族化合物中硫化鉬材料屬于N型半導(dǎo)體,硒化鎢材料屬于P型半導(dǎo)體,具有很多新穎的物理現(xiàn)象。故二維石墨烯/硫化鉬異質(zhì)結(jié)、石墨烯/硒化鎢異質(zhì)結(jié)是最典型的兩種代表。綜上分析,本文重點(diǎn)研究了石墨烯、硫化鉬、硒化鎢及相應(yīng)異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)。主要內(nèi)容包括:1.首先研究了石墨烯的機(jī)械剝離技術(shù),成功剝離出大面積,高質(zhì)量的單層石墨烯。在常壓下,采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)直接在氧化硅上生長出單層二硫化鉬。然后,采用定點(diǎn)轉(zhuǎn)移將石墨烯轉(zhuǎn)移到二硫化鉬上形成石墨烯/二硫化鉬垂直異質(zhì)結(jié)。從單層石墨烯改善二維材料異質(zhì)結(jié)電接觸的方面出發(fā),利用開爾文探針力顯微鏡(KPFM)原位測(cè)試石墨烯/二硫化鉬的能帶結(jié)構(gòu),觀察到較低的肖特基勢(shì)壘為0.1eV,退火后,肖特基勢(shì)壘進(jìn)一步降低至0.079eV。并對(duì)異質(zhì)結(jié)器件測(cè)試電學(xué)性能,電流變大1個(gè)量級(jí),驗(yàn)證石墨烯改善了異質(zhì)結(jié)的電接觸,提高二維材料場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件性能。2.通過機(jī)械剝離石墨烯和二硒化鎢,定點(diǎn)轉(zhuǎn)移制備出石墨烯/二硒化鎢垂直異質(zhì)結(jié)。單層石墨烯的費(fèi)米能級(jí)通過外加?xùn)艍嚎烧{(diào),研究進(jìn)一步調(diào)控石墨烯/二硒化鎢異質(zhì)結(jié)之間的肖特基勢(shì)壘高度,為二維材料異質(zhì)結(jié)電學(xué)性能提供指導(dǎo)。3.采用化學(xué)氣相沉積法生長石墨烯/二硫化鉬、石墨烯/二硫化鉬/石墨烯等面內(nèi)異質(zhì)結(jié),實(shí)現(xiàn)了二維材料平面異質(zhì)結(jié)的可控制備,具有暗電流pA量級(jí)、低功耗、電流開關(guān)比高達(dá)10~7。采用開爾文探針力顯微鏡、拉曼光譜及場(chǎng)效應(yīng)晶體管測(cè)試,系統(tǒng)研究其二維材料異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)、電學(xué)性質(zhì)等。證明二維材料異質(zhì)結(jié)在光電子領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。
【學(xué)位單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB33

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本文編號(hào)：2825264