本文關(guān)鍵詞：二維碲化鎵半導(dǎo)體的制備及光、電性能研究

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【摘要】：最近十年大量的研究發(fā)現(xiàn)二維納米半導(dǎo)體材料具有獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)和力學(xué)等性能。目前最具代表性的二維半導(dǎo)體功能材料包括石墨烯、二硫化鉬和氮化硼，，近年來二維鎵族材料引起了眾多研究人員的廣泛關(guān)注。III VI層狀化合物，例如硒化鎵，硫化鎵，和硒化銦等二維半導(dǎo)體材料在光伏、光電子器件、非線性光學(xué)以及微電子器件等領(lǐng)域都具有很好的應(yīng)用前景。本文基于二維鎵族材料的良好的應(yīng)用前景對(duì)碲化鎵的制備、結(jié)構(gòu)、電學(xué)以及電學(xué)性能進(jìn)行深入的研究，并初步探索了二維碲化鎵在納米電子、光電器件領(lǐng)域的應(yīng)用。 研究表明單晶塊狀碲化鎵的為單斜晶系，其空間構(gòu)型為C2/m。由于二維碲化鎵特殊的表面性能，部分薄層碲化鎵隨著層數(shù)的減少由原來塊狀的單斜晶系變?yōu)榱骄怠?多層（20～50nm）碲化鎵場效應(yīng)晶體管（FET）的遷移率在5～8cm~2V~(-1)s~(-1)，而少層（20nm)的約在0.2～1.2cm~2V~(-1)s~(-1)。常溫下碲化鎵的電流開關(guān)較低，多層的在10以下，少層的只有10~2左右。其遷移率隨溫度的增加而增加，其開關(guān)比卻隨溫度的增加而減小，當(dāng)溫度從300K降低到200K時(shí)其開關(guān)比從3×10~3減小到幾十。研究發(fā)現(xiàn)，在不同的溫度和偏壓條件下二維碲化鎵FET的載流子注入存在不同的傳輸機(jī)制，在較高的溫度（200K）、較低的偏壓（1V）時(shí)載流子注入以熱激發(fā)為主，而在低溫下(200K)以遂穿機(jī)制為主，隨著偏壓的增加載流子注入機(jī)制由直接遂穿變?yōu)楦焕?諾德海姆(F-N)遂穿。此外，計(jì)算得到的二維碲化鎵/鉻的接觸勢(shì)壘在0.1～0.3eV之間。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)二維碲化鎵對(duì)可見-紫外光具有良好的光響應(yīng)。以二氧化硅/硅為基底的碲化鎵光探測器在紫外光照射下其光響應(yīng)和量子效率在偏壓為2V條件下達(dá)到191A/W~(-1)和10~5%，信噪比可達(dá)10~(12)，響應(yīng)時(shí)間可達(dá)78ms，且表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。在可見光條件下其光響應(yīng)和量子效率在偏壓為2V條件下在10～50A/W~(-1)和0.5～1.5×10~4%，信噪比可達(dá)10~(12)。以聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)為基底的透明柔性二維碲化鎵光探測器的性能也表現(xiàn)出良好的光探測性能和穩(wěn)定性。這些結(jié)果都表明碲化鎵是極具潛力的光探測器、光晶體管材料。
【關(guān)鍵詞】：二維碲化鎵 FET 光探測器
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：O614.371
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展10-16
• 1.3 課題的研究內(nèi)容16-17
• 1.4 立題依據(jù)17-18
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與方法18-22
• 2.1 實(shí)驗(yàn)所用試劑及儀器18-19
• 2.1.1 試劑18
• 2.1.2 儀器設(shè)備18-19
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法19-22
• 2.2.1 光學(xué)顯微鏡的分析19
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡分析19-20
• 2.2.3 透射電子顯微鏡分析20
• 2.2.4 X 射線衍射20
• 2.2.5 拉曼及熒光光譜測試20
• 2.2.6 電學(xué)性能測試20-21
• 2.2.7 光電性能測試21-22
• 第3章 二維碲化鎵半導(dǎo)體的制備及表征22-33
• 3.1 二維碲化鎵的制備22
• 3.2 碲化鎵材料的表征22-31
• 3.2.1 碲化鎵的結(jié)構(gòu)22-27
• 3.2.2 薄層碲化鎵的形貌27-29
• 3.2.3 碲化鎵的拉曼及 PL 表征29-31
• 3.3 本章小結(jié)31-33
• 第4章 二維碲化鎵半導(dǎo)體的電學(xué)性能研究33-45
• 4.1 二維碲化鎵場效應(yīng)晶體管的構(gòu)筑33-34
• 4.2 碲化鎵場效應(yīng)晶體管的電學(xué)性能測試34-43
• 4.2.1 常溫下碲化鎵的 FET 性能34-37
• 4.2.2 不同溫度下碲化鎵的 FET 性能37-38
• 4.2.3 碲化鎵 FET 的載流子傳輸機(jī)制38-43
• 4.3 本章小結(jié)43-45
• 第5章 二維碲化鎵的光學(xué)性能研究45-60
• 5.1 碲化鎵光探測器的構(gòu)筑46-47
• 5.2 碲化鎵光學(xué)性能測試47-59
• 5.2.1 以 SiO_2/Si 為基底的碲化鎵光電器件性能測試47-55
• 5.2.2 以 PET 為基底的碲化鎵光電器件性能測試55-59
• 5.3 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻(xiàn)62-69
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及申請(qǐng)專利69-71
• 致謝71

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