發(fā)布時(shí)間：2018-12-06 21:25

【摘要】：近年來,二維范德華晶體材料,如石墨烯、過渡金屬硫化物,由于具有優(yōu)良的物理、化學(xué)和力學(xué)特性,引起廣大科研工作者的廣泛關(guān)注。黑磷作為一種新的二維半導(dǎo)體材料,具有厚度可調(diào)的帶隙和高遷移率等優(yōu)良特性,在納米電子器件和光電子器件具有重要應(yīng)用前景。與此同時(shí),理論預(yù)測(cè)黑磷具有較長(zhǎng)的自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度,適合于發(fā)展自旋電子器件,而目前沒有基于二維黑磷材料的自旋輸運(yùn)研究報(bào)道。本文利用機(jī)械剝離塊材黑磷制備二維黑磷材料的方法,結(jié)合微納米加工工藝制備黑磷納米器件,并研究器件的場(chǎng)效應(yīng)特性和自旋相關(guān)輸運(yùn)性質(zhì)。(1)首先制備了二維純黑磷和摻雜黑磷的場(chǎng)效應(yīng)晶體管,分別測(cè)試了黑磷器件的基本電學(xué)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明黑磷是p-型半導(dǎo)體特性,并具有高開關(guān)比和高遷移率,同時(shí)發(fā)現(xiàn)摻雜能夠顯著提高黑磷器件的穩(wěn)定性,這為后續(xù)的自旋閥研究奠定了良好基礎(chǔ)。(2)制備了基于二維黑磷垂直結(jié)構(gòu)的自旋閥器件,研究了溫度、電流等因素對(duì)其輸運(yùn)性質(zhì)的影響。在室溫下,黑磷自旋閥器件的磁電阻效應(yīng)為0.23%,在4 K時(shí)磁電阻效應(yīng)高達(dá)0.57%。研究發(fā)現(xiàn)黑磷在自旋閥器件中表現(xiàn)為金屬特性。這些研究結(jié)果表明二維黑磷材料有可能適合于發(fā)展諸如磁性存儲(chǔ)和磁邏輯器件的自旋電子器件。(3)制備了基于二維黑磷的面內(nèi)結(jié)構(gòu)自旋閥器件,在10 K觀測(cè)了0.27%的磁電阻效應(yīng),但在室溫下沒有觀測(cè)到明顯的自旋相關(guān)輸運(yùn),其主要原因可能與樣品的鐵磁性層與黑磷的界面質(zhì)量較差有關(guān)。
[Abstract]:In recent years two-dimensional van der Waals crystal materials such as graphene and transition metal sulfides have attracted wide attention due to their excellent physical chemical and mechanical properties. As a new two-dimensional semiconductor material, black phosphorus has many excellent properties, such as tunable thickness band gap and high mobility. It has an important application prospect in nano-electronic devices and optoelectronic devices. At the same time, the theoretical prediction of black phosphorus has a long spin diffusion length, which is suitable for the development of spin electronic devices. However, there is no research report on spin transport based on two-dimensional black phosphorus material. In this paper, two dimensional black phosphorus materials were prepared by mechanical stripping of black phosphorus. The field effect characteristics and spin dependent transport properties of the devices are also studied. (1) the two dimensional pure black phosphorus and black phosphorus-doped field effect transistors are fabricated and the basic electrical properties of the black phosphorus devices are tested respectively. The experimental results show that black phosphorus is a p-type semiconductor with high switching ratio and high mobility. It is also found that doping can significantly improve the stability of black phosphorus devices. This lays a good foundation for the further study of spin valves. (2) the spin valve devices based on two-dimensional black phosphorus vertical structure are fabricated, and the effects of temperature, current and other factors on their transport properties are studied. At room temperature, the magnetoresistance effect of the black phosphorus spin valve is 0.23 and the magnetoresistive effect is as high as 0.57 at 4 K. It is found that black phosphorus exhibits metal characteristics in spin valve devices. These results indicate that two-dimensional black phosphorus materials may be suitable for the development of spin electronic devices such as magnetic storage and magnetic logic devices. (3) In-plane spin valve devices based on two-dimensional black phosphorus have been fabricated. The magnetoresistance effect of 0.27% was observed at 10 K, but no apparent spin correlation transport was observed at room temperature, which may be due to the poor interface quality between ferromagnetic layer and black phosphorus.
【學(xué)位授予單位】：山西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ126.31;TN386

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