二維金屬硫化物帶隙調(diào)控及其電學(xué)性能研究
發(fā)布時(shí)間：2021-08-11 01:20
二維（Two-dimensional,2D）材料以其獨(dú)特的物理、機(jī)械以及電學(xué)特性引起了研究者們的廣泛關(guān)注。其中,由兩種或兩種以上的2D材料構(gòu)成的合金(如Mo(SxSe1-x)2、W(SxSe1-x)2)和異質(zhì)結(jié)（如MoS2/TaSe2、MoS2/WS2、MoSe2/MoS2）,因其不同于單一2D材料的物理特性和電學(xué)性能,為新材料的開發(fā)和新型器件的應(yīng)用帶來了諸多可能。二維合金和異質(zhì)結(jié)顯著的優(yōu)點(diǎn)之一是能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)二維層狀半導(dǎo)體帶隙的精確調(diào)控,這一特征對(duì)于豐富二維材料在電學(xué)和光電學(xué)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用具有重要意義。發(fā)掘二維材料帶隙相關(guān)的物理特性的研究對(duì)于其廣泛的實(shí)際應(yīng)用具有重要的基礎(chǔ)意義。此外,二維材料具有原子級(jí)層狀堆疊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),層內(nèi)原子間是通過較強(qiáng)的共價(jià)鍵結(jié)合,相鄰原子層間是通過范德華力相結(jié)合。獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征使得二維材料在構(gòu)建異質(zhì)結(jié)...
【文章來源】：華東師范大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：120 頁
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
二維材料的分類[19]
華東師范大學(xué)博士學(xué)位論文4（2）石墨烯族石墨烯作為第一個(gè)被人類發(fā)現(xiàn)的二維材料，因其杰出的機(jī)械性能、物理性能，在電學(xué)及柔性電子學(xué)方面具有廣泛的應(yīng)用。石墨烯是由碳原子一種元素構(gòu)成的層狀材料，其晶體結(jié)構(gòu)和原子軌道如圖1-3所示，從圖中可以看出，碳原子與碳原子之間的鍵長為0.142nm。單層石墨烯的厚度為0.34nm[28,29]，層內(nèi)的碳原子與周圍最近的碳原子共用三個(gè)電子排列成六角蜂窩狀，并形成平面內(nèi)σ鍵[29]。經(jīng)研究表明，平面內(nèi)的σ鍵與石墨烯的結(jié)構(gòu)和振動(dòng)特性具有較大的相關(guān)性，其決定了石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)和楊氏模量的大校在單層石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)中，因?yàn)镵點(diǎn)的線性色散，從而引入了一些奇異的物理現(xiàn)象，如打開新“費(fèi)米狄拉克”物理的反常室溫量子霍爾效應(yīng)。單層石墨烯的載流子遷移率超高，表面積-體積比值較大，但是因?yàn)槠鋷稙榱�，所以其電流開關(guān)比較小，這就嚴(yán)重限制其在電學(xué)和光電學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。目前，為了打開石墨烯的帶隙，研究者們已經(jīng)嘗試了很多種圖1-2(a)和(b)分別為單層BP晶體結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖和俯視圖[23]；(c)和(d)分別為不同層數(shù)BP的能帶結(jié)構(gòu)和歸一化PL光譜[24,25]。
第一章緒論5方式[30-35]，但是都沒有得到滿意的效果，要么是太大(3.5-3.7eV)[30]，要么就會(huì)太小(0.4eV)[35]。（3）Ⅲ-Ⅵ族層狀半導(dǎo)體材料硒化銦（InSe）屬于Ⅲ-Ⅵ族層狀半導(dǎo)體材料，近些年，基于其杰出的光電響應(yīng)特性以及電學(xué)特性，成功吸引了人們的眼球。因?yàn)槠湓佣询B方式不同，所以主要存在以下三種類型：β-InSe原子以ABAB形式堆疊，結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，單層和少層的帶隙分別為2.4eV和1.4eV[36]，其價(jià)帶頂（VBM）的位置隨厚度變化而發(fā)生明顯的變化，這有助于優(yōu)化帶隙，以提高載流子遷移率，在寬禁帶光電器件中應(yīng)用較為廣泛。γ-InSe，原子以ABCABC方式堆疊，金屬接觸性能好，帶隙范圍適中，性能很不穩(wěn)定，因此，在電子和光電子領(lǐng)域中的應(yīng)用受到了極大的阻礙。ε-InSe，也是本文工作中的主要研究對(duì)象，其原子堆疊方式為ACAC，其單層的帶隙為間接帶隙，大小為1.4eV。單層、雙層以及塊材InSe的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，四個(gè)In-Se-Se-In原子層之間通過共價(jià)鍵相互連接而成層狀I(lǐng)nSe。在室溫下，InSe材料的電學(xué)性能較好，因?yàn)槠溆行щ娮淤|(zhì)量較小，電子-聲子散射對(duì)其載流子遷移率影響也較校InSe材料與石墨烯和過渡金屬硫化物的帶隙結(jié)構(gòu)不同，圖1-3(a)石墨烯的基本單元結(jié)構(gòu)和鍵長；(b)石墨烯的原子軌道示意圖；(c)石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)；(d)低能條件下，石墨烯對(duì)應(yīng)的線性特征能量分布譜；(e)石墨烯的能帶大小與其能量分布譜的變化圖[28]。
本文編號(hào)：3335154
【文章來源】：華東師范大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：120 頁
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
二維材料的分類[19]
華東師范大學(xué)博士學(xué)位論文4（2）石墨烯族石墨烯作為第一個(gè)被人類發(fā)現(xiàn)的二維材料，因其杰出的機(jī)械性能、物理性能，在電學(xué)及柔性電子學(xué)方面具有廣泛的應(yīng)用。石墨烯是由碳原子一種元素構(gòu)成的層狀材料，其晶體結(jié)構(gòu)和原子軌道如圖1-3所示，從圖中可以看出，碳原子與碳原子之間的鍵長為0.142nm。單層石墨烯的厚度為0.34nm[28,29]，層內(nèi)的碳原子與周圍最近的碳原子共用三個(gè)電子排列成六角蜂窩狀，并形成平面內(nèi)σ鍵[29]。經(jīng)研究表明，平面內(nèi)的σ鍵與石墨烯的結(jié)構(gòu)和振動(dòng)特性具有較大的相關(guān)性，其決定了石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)和楊氏模量的大校在單層石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)中，因?yàn)镵點(diǎn)的線性色散，從而引入了一些奇異的物理現(xiàn)象，如打開新“費(fèi)米狄拉克”物理的反常室溫量子霍爾效應(yīng)。單層石墨烯的載流子遷移率超高，表面積-體積比值較大，但是因?yàn)槠鋷稙榱�，所以其電流開關(guān)比較小，這就嚴(yán)重限制其在電學(xué)和光電學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。目前，為了打開石墨烯的帶隙，研究者們已經(jīng)嘗試了很多種圖1-2(a)和(b)分別為單層BP晶體結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖和俯視圖[23]；(c)和(d)分別為不同層數(shù)BP的能帶結(jié)構(gòu)和歸一化PL光譜[24,25]。
第一章緒論5方式[30-35]，但是都沒有得到滿意的效果，要么是太大(3.5-3.7eV)[30]，要么就會(huì)太小(0.4eV)[35]。（3）Ⅲ-Ⅵ族層狀半導(dǎo)體材料硒化銦（InSe）屬于Ⅲ-Ⅵ族層狀半導(dǎo)體材料，近些年，基于其杰出的光電響應(yīng)特性以及電學(xué)特性，成功吸引了人們的眼球。因?yàn)槠湓佣询B方式不同，所以主要存在以下三種類型：β-InSe原子以ABAB形式堆疊，結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，單層和少層的帶隙分別為2.4eV和1.4eV[36]，其價(jià)帶頂（VBM）的位置隨厚度變化而發(fā)生明顯的變化，這有助于優(yōu)化帶隙，以提高載流子遷移率，在寬禁帶光電器件中應(yīng)用較為廣泛。γ-InSe，原子以ABCABC方式堆疊，金屬接觸性能好，帶隙范圍適中，性能很不穩(wěn)定，因此，在電子和光電子領(lǐng)域中的應(yīng)用受到了極大的阻礙。ε-InSe，也是本文工作中的主要研究對(duì)象，其原子堆疊方式為ACAC，其單層的帶隙為間接帶隙，大小為1.4eV。單層、雙層以及塊材InSe的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，四個(gè)In-Se-Se-In原子層之間通過共價(jià)鍵相互連接而成層狀I(lǐng)nSe。在室溫下，InSe材料的電學(xué)性能較好，因?yàn)槠溆行щ娮淤|(zhì)量較小，電子-聲子散射對(duì)其載流子遷移率影響也較校InSe材料與石墨烯和過渡金屬硫化物的帶隙結(jié)構(gòu)不同，圖1-3(a)石墨烯的基本單元結(jié)構(gòu)和鍵長；(b)石墨烯的原子軌道示意圖；(c)石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)；(d)低能條件下，石墨烯對(duì)應(yīng)的線性特征能量分布譜；(e)石墨烯的能帶大小與其能量分布譜的變化圖[28]。
本文編號(hào)：3335154
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