應變對薄層二硒化錸光學及電學性質(zhì)的調(diào)控研究
發(fā)布時間：2021-03-25 03:32
近年來,二維材料由于具有原子層厚度、比表面積大、光電響應快、帶隙可調(diào)、優(yōu)異的柔度等特性在光電子器件、柔性可穿戴、傳感及能源存儲等領域具有廣泛的應用前景。應變工程通過影響材料的晶格參數(shù)來實現(xiàn)對二維材料電子結構的調(diào)控,是實現(xiàn)對材料物理性質(zhì)調(diào)控的有效方法之一。與石墨烯及硫化鉬等具有高晶格對稱性的二維材料不同,具有1T’相結構的二硒化錸（ReSe2）面內(nèi)體現(xiàn)出各向異性,這種低晶格對稱性為其物理性質(zhì)的調(diào)控提供了一個新的自由度,使其體現(xiàn)出面內(nèi)各項異性的電學和光學特性。本文主要以具有低晶格對稱性結構的ReSe2為研究對象,在應變調(diào)控其物理特性方面開展了以下兩部分工作:（1）應變對ReSe2光學及電學特性的調(diào)控研究。通過改變晶格結構來實現(xiàn)材料電學及光學性能的動態(tài)調(diào)控,對二維材料在未來柔性納米器件中的應用具有重要意義。對具有優(yōu)異機械性能的二維材料來說,施加應變是一種簡便直接的調(diào)控方法。雖然實驗上對ReSe2在局部應變下的性能研究取得了一定進展,但是連續(xù)且均勻的應變施加對ReSe2的光學及電學性質(zhì)...
【文章來源】：鄭州大學河南省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
TMDs的晶體結構示意圖[25]
1緒論4圖1.2基于各向異性二維材料的電子學及光電子學應用。（a）黑磷突觸器件的結構圖[35]；（b）生物體突觸網(wǎng)絡模擬圖；（c）基于GaAs2的偏振敏感光電探測器件結構圖[36]；（d）GaAs2各向異性的偏振光電流響應圖。在電學特性方面，低晶格對稱性二維材料沿著不同面內(nèi)方向具有不同的能帶結構，從而導致沿不同晶軸方向的載流子遷移率具有很大差異�；诤诹椎碾娸斶\各向異性特性，研究人員將其成功的應用于生物電子學領域。TianHe等人[35]首次報道了黑磷的人造突觸晶體管器件（圖1.2（a,b）），當背柵輸入電脈沖信號時，溝道電子被黑磷的自然氧化物POX俘獲，然后再緩慢釋放回溝道材料，從而產(chǎn)生類似于生物突觸后電流的響應特性，即實現(xiàn)了仿生突觸功能。并且不同晶向的突觸后電流響應不同，首次實現(xiàn)了仿生突觸的異質(zhì)性行為。2015年，繆峰課題組[37]首次研究了ReS2由于低晶格對稱性導致的機械性能以及電子輸運性質(zhì)上的各向異性，將晶格方向作為新的器件設計參數(shù)，成功制備出基于ReS2的高性能邏輯反相器。2018年，YangShengxue等研究人員[38]發(fā)現(xiàn)SnSe扶手椅方向的載流子遷移率是其鋸齒方向的5.8倍，這是目前二維各向異性材料報道的最高的各向異性比值。在光電特性方面，各向異性的光電探測器是低晶格對稱性二維材料的另一個重要應用。其應用可分為兩種：一種是制作各向同性的電極或僅制作一對電極，但使用偏振光。另一種是沿不同方向制備電極但使用普通光。前者光電探測器主
1緒論5要基于各向異性的光吸收，而后者主要基于各向異性的電輸運。2018年，翟天佑課題組[36]制備了基于少層GaAs2的偏振敏感光電探測器（圖1.2（c,d）），結果發(fā)現(xiàn)，偏振光沿a方向時光電流遠大于b方向的光電流，且二向色比高達2，這種線性二向色性行為表明GaAs2在偏振探測領域巨大的應用前景。2019年，ZhangChenXi等人[39]制備了基于各向異性SnSe的全光開關器件。使用800nm的光泵浦，通過連續(xù)改變波信號的偏振來調(diào)制連續(xù)波的信號光，以一種新穎的方式實現(xiàn)開關模式。圖1.3基于各向異性二維材料的熱電及SERS方面應用（a）SnSe中沿不同晶向的ZT值[40]，（b）300k時，單層黑磷中沿x方向和y方向的ZT值[36]，（c）黑磷與CuPc分子各向異性電荷相互作用示意圖[42]，（d）CuPc分子1450cm-1拉曼峰強度極化圖熱電效應是指由溫度梯度產(chǎn)生電勢差從而實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)換電能的現(xiàn)象，熱電材料的性能取決于熱電系數(shù)=2/，其中，為塞貝克系數(shù)，為電導率，為溫度，為熱導率。具有高ZT值的熱電材料能夠?qū)⒐I(yè)廢熱轉(zhuǎn)化為電能，在未來的能源危機挑戰(zhàn)中具有廣泛的應用前景。在熱電特性方面，大量的理論預測表明，各向異性材料SnSe具有優(yōu)異的熱電性能。據(jù)報道[40]SnSe沿b軸和a軸分別具有高達2.6和2.3的熱電系數(shù)（圖1.3（a,b）），是目前報道的熱
本文編號：3098940
【文章來源】：鄭州大學河南省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
TMDs的晶體結構示意圖[25]
1緒論4圖1.2基于各向異性二維材料的電子學及光電子學應用。（a）黑磷突觸器件的結構圖[35]；（b）生物體突觸網(wǎng)絡模擬圖；（c）基于GaAs2的偏振敏感光電探測器件結構圖[36]；（d）GaAs2各向異性的偏振光電流響應圖。在電學特性方面，低晶格對稱性二維材料沿著不同面內(nèi)方向具有不同的能帶結構，從而導致沿不同晶軸方向的載流子遷移率具有很大差異�；诤诹椎碾娸斶\各向異性特性，研究人員將其成功的應用于生物電子學領域。TianHe等人[35]首次報道了黑磷的人造突觸晶體管器件（圖1.2（a,b）），當背柵輸入電脈沖信號時，溝道電子被黑磷的自然氧化物POX俘獲，然后再緩慢釋放回溝道材料，從而產(chǎn)生類似于生物突觸后電流的響應特性，即實現(xiàn)了仿生突觸功能。并且不同晶向的突觸后電流響應不同，首次實現(xiàn)了仿生突觸的異質(zhì)性行為。2015年，繆峰課題組[37]首次研究了ReS2由于低晶格對稱性導致的機械性能以及電子輸運性質(zhì)上的各向異性，將晶格方向作為新的器件設計參數(shù)，成功制備出基于ReS2的高性能邏輯反相器。2018年，YangShengxue等研究人員[38]發(fā)現(xiàn)SnSe扶手椅方向的載流子遷移率是其鋸齒方向的5.8倍，這是目前二維各向異性材料報道的最高的各向異性比值。在光電特性方面，各向異性的光電探測器是低晶格對稱性二維材料的另一個重要應用。其應用可分為兩種：一種是制作各向同性的電極或僅制作一對電極，但使用偏振光。另一種是沿不同方向制備電極但使用普通光。前者光電探測器主
1緒論5要基于各向異性的光吸收，而后者主要基于各向異性的電輸運。2018年，翟天佑課題組[36]制備了基于少層GaAs2的偏振敏感光電探測器（圖1.2（c,d）），結果發(fā)現(xiàn)，偏振光沿a方向時光電流遠大于b方向的光電流，且二向色比高達2，這種線性二向色性行為表明GaAs2在偏振探測領域巨大的應用前景。2019年，ZhangChenXi等人[39]制備了基于各向異性SnSe的全光開關器件。使用800nm的光泵浦，通過連續(xù)改變波信號的偏振來調(diào)制連續(xù)波的信號光，以一種新穎的方式實現(xiàn)開關模式。圖1.3基于各向異性二維材料的熱電及SERS方面應用（a）SnSe中沿不同晶向的ZT值[40]，（b）300k時，單層黑磷中沿x方向和y方向的ZT值[36]，（c）黑磷與CuPc分子各向異性電荷相互作用示意圖[42]，（d）CuPc分子1450cm-1拉曼峰強度極化圖熱電效應是指由溫度梯度產(chǎn)生電勢差從而實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)換電能的現(xiàn)象，熱電材料的性能取決于熱電系數(shù)=2/，其中，為塞貝克系數(shù)，為電導率，為溫度，為熱導率。具有高ZT值的熱電材料能夠?qū)⒐I(yè)廢熱轉(zhuǎn)化為電能，在未來的能源危機挑戰(zhàn)中具有廣泛的應用前景。在熱電特性方面，大量的理論預測表明，各向異性材料SnSe具有優(yōu)異的熱電性能。據(jù)報道[40]SnSe沿b軸和a軸分別具有高達2.6和2.3的熱電系數(shù)（圖1.3（a,b）），是目前報道的熱
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