由于傳統(tǒng)硅基器件尺寸不斷減小,短溝道效應(yīng)加重,摩爾定律逐漸失效,為了進一步提升器件的性能,研究者開始尋找新型的電子材料。二維電子材料憑借其獨特原子級別的厚度及出色的柵控能力等優(yōu)勢脫穎而出,成為下一代半導(dǎo)體材料的有力競爭者,其在晶體管領(lǐng)域、光電探測器領(lǐng)域以及存儲器領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用潛力。但是,二維電子材料以及二維電子器件存在的一些問題限制了它們的應(yīng)用范圍,比如實現(xiàn)二維電子材料薄膜的導(dǎo)電類型有效調(diào)控,光電響應(yīng)波長拓寬,器件工藝優(yōu)化和器件可靠性等問題。本文將圍繞這三個方向進行研究。首先,通過元素摻雜技術(shù),不僅調(diào)控了MoSe_2的導(dǎo)電類型,也拓寬了MoSe_2的光電響應(yīng)波長范圍。本文通過化學氣相輸運法(CVT)成功實現(xiàn)過渡族金屬雜質(zhì)V,Fe,Nb對半導(dǎo)體材料MoSe_2的摻雜。由于摻入V,Nb雜質(zhì),MoSe_2的導(dǎo)電類型由本征的n型轉(zhuǎn)化為p型。通過p型摻V的MoSe_2和n型本征的MoSe_2的垂直堆垛,制備出了基于MoSe_2的同質(zhì)p-n結(jié)二極管,在45 V正反偏壓下的電流比為340,證明其具有良好的整流性能。同時發(fā)現(xiàn),相比于本征MoSe_2的光電響應(yīng)最大波長785 nm,元素摻雜拓寬了本征MoSe_2的光電響應(yīng)波段,摻V,Fe,Nb的MoSe_2在1550 nm波段均有光電響應(yīng),并且摻V的MoSe_2在室溫下的光電響應(yīng)最大波長達到10?m。其次,研究了石墨烯憶阻器的溫度可靠性,證實了石墨烯憶阻器在100 K到570 K溫度范圍內(nèi)均可以開啟和關(guān)斷,憶阻器的開啟電壓和關(guān)斷電壓受溫度的影響變化較小,結(jié)果表明憶阻器的低阻態(tài)阻值不受溫度的影響,高阻態(tài)阻值隨溫度的升高而緩慢上升。室溫下石墨烯憶阻器具有良好的耐久性以及出色的數(shù)據(jù)保持能力。在570 K的高溫下,石墨烯憶阻器受SiO_2襯底的影響,高阻態(tài)和低阻態(tài)阻值均不穩(wěn)定。另外通過制備和測試不同電極間距的石墨烯憶阻器,結(jié)果表明憶阻器的開啟電壓與關(guān)斷電壓幾乎不受電極間距的影響。本文使用的元素摻雜技術(shù)實現(xiàn)了二維電子材料導(dǎo)電類型的有效調(diào)控以及光電響應(yīng)波長的拓寬,同時也適用于其他二維電子材料物理性能的調(diào)控,拓寬二維電子材料的應(yīng)用場景。此外,石墨烯憶阻器的溫度可靠性研究為其未來的實際應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。
【學位單位】：華東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TN30
【部分圖文】：

華東師范大學碩士學位論文2石墨烯具有雙極性的場效應(yīng)[11,12]。當柵壓為正，導(dǎo)帶與價帶的電勢降低，導(dǎo)致本在狄拉克點處的費米能級位于狄拉克點上方，則石墨烯中的多子是電子，石墨烯呈n型；當柵壓為負，導(dǎo)帶與價帶的電勢上升，費米能級位于狄拉克點下方，則石墨烯中的多子為空穴，石墨烯呈p型[13]。圖1.1（a）石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)以及碳材料其他維度材料；（b）石墨烯的雙極性場效應(yīng)以及石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)[1]。然而，石墨烯投入實際晶體管的應(yīng)用面臨一個很大的問題：禁帶寬度為零，導(dǎo)致石墨烯場效應(yīng)晶體管的關(guān)態(tài)電流很大[14]�？蒲泄ぷ髡哌M行了大量研究，嘗試讓石墨烯產(chǎn)生帶隙，具體有以下幾種方法：1，將石墨烯做成納米帶，使得石墨烯只有一個很小的寬度，通過量子限制可以打開石墨烯的帶隙；2，元素摻雜也可以改變石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)，給石墨烯摻雜氮化硼、三氧化鉻、硅等等雜質(zhì)可以打開帶隙；3，刻意在石墨烯中引入周期性的缺陷，使得缺陷達成正六邊形周期結(jié)構(gòu)，構(gòu)成石墨烯缺陷的超晶格結(jié)構(gòu)；4，石墨烯表面吸附氫原子等等原子也打開不同大小的帶隙。通過這一系列的研究措施，石墨烯場效應(yīng)晶體管的關(guān)態(tài)電流和開關(guān)比不斷得到突破[15-18]。1.1.2過渡金屬硫化物石墨烯由于沒有帶隙，在電子領(lǐng)域和光電領(lǐng)域受到極大的限制，這也同時讓研究者們轉(zhuǎn)向有半導(dǎo)體特性的過渡金屬硫化物的研究，比如MoS2，MoSe2，WSe2

華東師范大學碩士學位論文3等等[19-25]。過渡金屬硫化物的晶格結(jié)構(gòu)為MX2，M為過渡金屬元素，X為硫族元素。過渡金屬硫化物的相結(jié)構(gòu)有很多種，這取決于過渡金屬原子的配位層[26]。如圖1.2（b）所示，其常見的相有兩種：一種是2H相，即金屬原子三角棱柱配位，ABA結(jié)構(gòu)堆垛，不同原子平面的硫族原子位于同樣的位置A，相較于中心B上下對稱重疊，通常2H相的過渡金屬硫化物為半導(dǎo)體，有帶隙；另一種相是1T相，即金屬原子八面體配位，ABC結(jié)構(gòu)堆垛。通過將不同的硫族元素和不同的金屬元素進行組合，過渡金屬硫化物的相會有很多種，但是在熱力學穩(wěn)定下的只有2H相和1T相，其余的相則為過渡金屬硫化物的亞穩(wěn)態(tài)相。據(jù)統(tǒng)計，在由第六族過渡金屬原子構(gòu)成的過渡金屬硫化物中，大約六分之五的比例的過渡金屬硫化物，其2H相是熱力學穩(wěn)定的，1T相可以由亞穩(wěn)態(tài)相獲得，不過WTe2除外，其在室溫下的穩(wěn)定相是正交型的1Td相。過渡金屬硫化物的結(jié)構(gòu)是由堆疊的每一層樣品結(jié)構(gòu)所決定的，一旦出現(xiàn)一些破壞周期性的結(jié)構(gòu)扭曲就有可能產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)相，1T相的結(jié)構(gòu)由于周期性的結(jié)構(gòu)扭曲變成1T’相[27]。圖1.2（a）過渡金屬硫化物常見的三種晶格結(jié)構(gòu)相：2H相、1T相、1T’相；（b）理論計算得到的不同層數(shù)MoS2的能帶結(jié)構(gòu)[26]。二維過渡金屬硫化物半導(dǎo)體有一個突出優(yōu)點：能帶結(jié)構(gòu)隨材料層數(shù)可調(diào)[28-33]。如圖1.2（b）所示的MoS2的能帶結(jié)構(gòu)，從單層到兩層再到塊材，能帶結(jié)構(gòu)有兩

華東師范大學碩士學位論文4點變化：能帶結(jié)構(gòu)類型和禁帶寬度大校首先只有單層MoS2的能帶是直接帶隙的，其余的都是間接帶隙[34]。此外，隨著MoS2層數(shù)的增加，MoS2的帶隙不斷地減校由理論計算得到，單層MoS2的帶隙大約是1.71eV，塊材MoS2的帶隙大約是0.88eV，并且價帶頂和導(dǎo)帶底的兩個值，對應(yīng)于兩個不等價的高對稱點K和K’，即六角布里淵區(qū)的兩個角。單層的2H相的MoS2還有一個特點，其缺乏反轉(zhuǎn)對稱性，這就會帶來自旋軌道耦合帶來的電子能帶分裂。正因為二維過渡金屬硫化物上述的種種優(yōu)點，研究者們投入了大量的研究于其中，并且頻繁的有讓人振奮的工作報道，二維過渡金屬硫化物很有可能在以后的電子領(lǐng)域大有作為。1.2基于二維電子材料的電子器件1.2.1基于二維電子材料的場效應(yīng)晶體管圖1.3（a）-（c）基于二維材料的三種常見的場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)：（a）背柵場效應(yīng)晶體管、（b）雙柵場效應(yīng)晶體管、（c）頂柵場效應(yīng)晶體管；（d）-（f）基于MoS2的背柵場效應(yīng)晶體管（d）、頂柵場效應(yīng)晶體管、（e）頂柵場效應(yīng)晶體管、（f）雙柵場效應(yīng)晶體管[13,35,36]。場效應(yīng)晶體管是現(xiàn)代集成電路的最基礎(chǔ)的邏輯單元器件。隨著傳統(tǒng)硅基器件尺寸不斷減小，器件的短溝道效應(yīng)和熱載流子效應(yīng)加重，研究者們采取了大量的手段去抑制這兩個效應(yīng)，從輕摻雜漏極（LDD）和側(cè)墻技術(shù)（spacer）到高介電常數(shù)電介質(zhì)/金屬電極技術(shù)（HKMG），再到現(xiàn)在最先進的超薄體-全耗盡絕緣體上
【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 梁浩;錢代軍;;現(xiàn)代電子材料科學的發(fā)展趨向[J];科學家;2017年04期

2 ;寧波江豐電子材料有限公司 為中國創(chuàng)造增添光彩[J];寧波通訊;2013年03期

3 何坤榮;汽巴計劃擴大電子材料業(yè)務(wù)[J];國際化工信息;2004年01期

4 賈強;;日本1981年電子材料的生產(chǎn)[J];磁性材料及器件;1983年02期

5 祝建;;天上不會掉餡餅 記上海九晶電子材料有限公司董事長兼總經(jīng)理胡國忠[J];科技創(chuàng)業(yè);2007年12期

6 ;山東省電子材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展思路[J];信息技術(shù)與信息化;2005年04期

7 盛柏楨;;日本電子材料產(chǎn)品2003年將增長3％[J];半導(dǎo)體信息;2003年03期

8 魏海巖;;宇宙電子材料的研究現(xiàn)狀及未來計劃[J];材料導(dǎo)報;1988年20期

9 芳華;;2019電子材料企業(yè)50強[J];互聯(lián)網(wǎng)周刊;2019年18期

10 吳宏富;;廢電器及電子材料綜合利用技術(shù)實現(xiàn)重大突破浙江豐利承擔的浙江省重大科技專項通過驗收[J];山西化工;2010年03期

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 楊玉娥;石墨烯及其衍生結(jié)構(gòu)光電性質(zhì)的第一性原理研究[D];南京航空航天大學;2016年

2 吳天如;化學氣相沉積法生長高質(zhì)量石墨烯及其光電性能研究[D];南京航空航天大學;2012年

3 曲丹;摻雜型石墨烯量子點的制備及其應(yīng)用研究[D];中國科學院長春光學精密機械與物理研究所;2017年

4 林雨蓉;氧化石墨烯改性材料與磷烯吸附劑的制備及其對廢水中三價砷的去除與回收研究[D];廈門大學;2018年

5 郭賀;脈沖放電等離子體協(xié)同石墨烯-金屬氧化物催化降解抗生素的研究[D];大連理工大學;2019年

6 高文生;聚烯烴基氧化石墨烯復(fù)合材料的制備及表征[D];蘭州大學;2018年

7 付秀燕;圖案化石墨烯超級電容器的研究[D];吉林大學;2020年

8 郇璇;煤基石墨烯與煤基石墨烯量子點結(jié)構(gòu)影響因素研究[D];中國礦業(yè)大學(北京);2019年

9 侯丹丹;煤系石墨有序度對石墨烯結(jié)構(gòu)變化的影響[D];中國礦業(yè)大學(北京);2019年

10 郭翔;女赫茲石墨烯表面等離激元二維光子晶體器件研究[D];浙江大學;2019年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 夏銀;二維電子材料及電子器件的初步研究[D];華東師范大學;2020年

2 劉博洋;廢舊電子材料回收過程的研究與評價[D];天津大學;2007年

3 盧易進;N化學中國公司渠道管理的優(yōu)化策略研究[D];蘭州大學;2011年

4 張傳豐;典型電子材料抗輻射能力無損評價軟件研制[D];西安電子科技大學;2010年

5 彭玉婷;摻雜對若干類石墨烯材料納米片電子結(jié)構(gòu)的調(diào)制[D];河南師范大學;2015年

6 李輝;熒光石墨烯的制備、發(fā)光機理及離子探測研究[D];浙江大學;2015年

7 程龍;國有X電子材料公司轉(zhuǎn)型風險管理研究[D];中國科學院大學（工程管理與信息技術(shù)學院）;2014年

8 張海濤;電子材料Ga急冷凝固過程中微觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的模擬研究[D];湖南大學;2006年

9 趙金風;改性還原氧化石墨烯復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究[D];河北工業(yè)大學;2015年

10 郭北斗;N摻雜石墨烯及其場效應(yīng)晶體管研究[D];重慶大學;2011年

本文編號：2861061