近年來,黑磷作為一種極具吸引力的二維半導(dǎo)體材料,以其優(yōu)異的電子和光電子器件應(yīng)用前景而倍受關(guān)注。黑磷是一種天然的P型半導(dǎo)體材料,其帶隙可由塊體約0.3 eV到單層約2.0 eV連續(xù)可調(diào)節(jié),其室溫空穴遷移率和電流開關(guān)比可以分別達(dá)到1000 cm2V-1s-1和105。其帶隙恰好填補(bǔ)了零帶隙的石墨烯與寬帶隙的過渡金屬硫化物之間的空白。黑磷的電學(xué)器件往往利用少層黑磷制備而成,但相較于有成熟的化學(xué)氣相沉積法制備的石墨烯和二硫化鉬,少層黑磷的直接生長并不成熟,目前獲得高質(zhì)量少層黑磷往往依賴于隨機(jī)性很高的機(jī)械剝離法。另外,由于少層黑磷晶體管具有雙極性的輸運(yùn)特性,雙極性的有效調(diào)控,無疑會為制備和集成n型和p型黑磷場效應(yīng)晶體管(FET)鋪平道路,使制作基于黑磷的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件成為可能�；诖�,本論文圍繞這些問題開展了相關(guān)的研究工作。首先用我們改進(jìn)的化學(xué)氣相輸運(yùn)法成功地生長了高質(zhì)量黑磷單晶,并發(fā)展了一種利用金屬輔助機(jī)械剝離制備大面積少層黑磷的方法。然后利用ZnO和MgO對黑磷進(jìn)行表面電荷轉(zhuǎn)移注入,并改進(jìn)我們的場效應(yīng)晶體管制作工藝以提高其電學(xué)性能。取得如下創(chuàng)新性成果:(1)改進(jìn)了傳統(tǒng)化...

【文章頁數(shù)】：112 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 二維納米材料簡介
    1.2 黑磷的基本性質(zhì)
        1.2.1 磷的同素異形體及黑磷的晶體結(jié)構(gòu)
        1.2.2 黑磷的電子結(jié)構(gòu)
        1.2.3 黑磷的各向異性
    1.3 塊體黑磷的制備方法
        1.3.1 高壓法
        1.3.2 汞催化法
        1.3.3 鉍重結(jié)晶法
        1.3.4 化學(xué)氣相輸運(yùn)法
        1.3.5 其它方法
    1.4 單層及少層黑磷制備方法
        1.4.1 機(jī)械剝離法
        1.4.2 液相剝離法
        1.4.3 電化學(xué)剝離法
        1.4.4 自下而上的方法
    1.5 黑磷微納結(jié)構(gòu)的應(yīng)用
        1.5.1 場效應(yīng)晶體管
        1.5.2 光電子器件
        1.5.3 光催化應(yīng)用
        1.5.4 儲能設(shè)備應(yīng)用
        1.5.5 生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用
    1.6 黑磷研究目前存在的問題
        1.6.1 黑磷退化的機(jī)理
        1.6.2 黑磷的鈍化
    1.7 本文主要研究內(nèi)容和思路
第2章 化學(xué)氣相輸運(yùn)法生長單晶黑磷
    2.1 引言
    2.2 實(shí)驗(yàn)方法
        2.2.1 溫差法制備黑磷
        2.2.2 恒溫法制備黑磷
    2.3 黑磷的形貌與結(jié)構(gòu)表征
        2.3.1 黑磷的形貌與結(jié)構(gòu)表征方法
        2.3.2 黑磷的形貌與結(jié)構(gòu)表征
    2.4 實(shí)驗(yàn)參數(shù)對于黑磷產(chǎn)物的影響
    2.5 化學(xué)氣相輸運(yùn)法制備黑磷的原理
    2.6 小結(jié)
第3章 大面積少層黑磷的制備及電學(xué)特性
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)方法
        3.2.1 塊體黑磷晶體的合成
        3.2.2 金屬輔助機(jī)械剝離少層黑磷
        3.2.3 少層黑磷的表征方法
        3.2.4 少層黑磷的表征
    3.3 MOS場效應(yīng)晶體管原理與測試方法
        3.3.1 MOS場效應(yīng)晶體管基本原理
        3.3.2 黑磷MOS型場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)
        3.3.3 MOS場效應(yīng)晶體管電學(xué)性能表征
    3.4 少層黑磷FET的電學(xué)性能測量
        3.4.1 掩模版法制備黑磷場效應(yīng)晶體管及性能測試
        3.4.2 光刻法制備基于少層黑磷的場效應(yīng)晶體管及性能測試
        3.4.3 兩種方法制備電極的差異
    3.5 金屬輔助機(jī)械剝離法的優(yōu)勢與問題
    3.6 小結(jié)
第4章 黑磷場效應(yīng)晶體管表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜研究
    4.1 引言
    4.2 表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜原理
        4.2.1 二維材料場效應(yīng)晶體管性能調(diào)控方式
        4.2.2 表面電荷轉(zhuǎn)移摻雜原理
    4.3 器件制備方法
        4.3.1 塊體黑磷晶體的合成
        4.3.2 PDMS薄膜制備少層黑磷與表征
    4.4 不同金屬氧化物對黑磷FET性能的調(diào)控作用
        4.4.1 ZnO對黑磷FET性能的調(diào)控作用
        4.4.2 MgO對黑磷FET性能的調(diào)控作用
    4.5 云母覆蓋層對MgO摻雜黑磷FET的影響
        4.5.1 MgO沉積對二維材料的影響
        4.5.2 云母覆蓋層對MgO摻雜黑磷FET的影響
    4.6 磁控濺射沉積氧化物摻雜黑磷的問題
    4.7 黑磷FET制備工藝的改進(jìn)
        4.7.1 轉(zhuǎn)移少層黑磷到電極上制備FET
        4.7.2 轉(zhuǎn)移電極到少層黑磷上制備FET
    4.8 小結(jié)
第5章 總結(jié)與展望
    5.1 全文總結(jié)
    5.2 主要創(chuàng)新點(diǎn)
    5.3 工作展望
參考文獻(xiàn)
個人簡歷及博士期間發(fā)表的研究成果
    個人筒歷
    攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文



本文編號：3804318