【摘 要】
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二维层状半导体材料具有优异的光电性质,可被应用于凝聚态物理、材料科学、化学和纳米技术等领域,引起了人们的广泛关注。目前二维半导体的制备和应用都处于探索阶段,需要大
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二维层状半导体材料具有优异的光电性质,可被应用于凝聚态物理、材料科学、化学和纳米技术等领域,引起了人们的广泛关注。目前二维半导体的制备和应用都处于探索阶段,需要大量的基础研究积累。本文采用化学气相沉积法制备二维WS2薄膜和机械剥离法制备二维ReSe2薄膜,并利用原子力显微镜、拉曼和光致发光等手段进行表征,在此基础上制备出二维ReSe2薄膜场效应晶体管研究其电学性质和光电特性。论文的主要研究内容包括:采用化学气相沉积法在Si/SiO2衬底上直接生长二维WS2薄膜,通过调节温度和生长时间在Si/SiO2衬底上成功生长出三角形和正六边形的单层WS2薄膜,实现了二维WS2薄膜的可控制备;并在制备中引入辅助还原物质成功降低了反应所需温度,最后对生长出的薄膜进行原子力显微镜和拉曼光谱表征。采用机械剥离法制备二维ReSe2薄膜,通过光学显微镜初步辨别ReSe2薄膜的层数,并用原子力显微镜确认ReSe2薄膜的具体层数;在此基础上,采用拉曼和光致发光等光学手段对材料进行表征,结果显示ReSe2材料的光致发光峰在1011nm处,禁带宽度约为1.22eV,同时研究了材料的光学性质与层数之间的相关性。制备二维ReSe2薄膜场效应晶体管,并进行相应的光电特性研究。首先,采用半导体参数测试仪测试场效应管的输出特性曲线和转移特性曲线,确定二维ReSe2晶体是n型半导体,其电流开关比可以达到104,符合现代集成电路的基本要求。然后,采用可见-紫外波段不同波长的光对光电探测器进行照射探究二维ReSe2薄膜的光电性质,分析入射光波长、功率、漏极电压和栅极电压等参数对二维ReSe2薄膜光电响应的影响,并且从载流子产生和能带调控等角度解释这些因素影响光电响应的内部机理。结果表明:ReSe2光电晶体管的光响应时间达到100ms,光响应值最高可以达到101A/W,是商用光电探测器的100-200倍,在未来集成电路和光电探测器领域具有广阔的应用前景。
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