【摘 要】
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二维材料由于独特的结构特性表现出新颖的物理化学性质,如谷-自旋、量子霍尔效应、非线性光学,被广泛应用于场效应晶体管、太阳能电池、光电探测器等领域。此外,由于二维材料表面无悬键,与其他材料结合无需考虑晶格不匹配的问题,可将不同的二维材料堆垛构成范德华异质结构,可利用界面处的电荷转移及能带排列进一步扩宽二维纳米材料的功能性。基于此,本文以Ⅲ-Ⅵ族化合物的代表—InSe、Ga Se为研究对象,构筑GaS
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二维材料由于独特的结构特性表现出新颖的物理化学性质,如谷-自旋、量子霍尔效应、非线性光学,被广泛应用于场效应晶体管、太阳能电池、光电探测器等领域。此外,由于二维材料表面无悬键,与其他材料结合无需考虑晶格不匹配的问题,可将不同的二维材料堆垛构成范德华异质结构,可利用界面处的电荷转移及能带排列进一步扩宽二维纳米材料的功能性。基于此,本文以Ⅲ-Ⅵ族化合物的代表—InSe、Ga Se为研究对象,构筑GaSe/InSe及Ga Se/BN/InSe异质结器件,通过研究它们的电学性质及光电性质,发现它们集电存储、永久光电流、负光导于一体,实现器件的多功能性,结合界面处的电荷转移及能带排列,揭示电存储、永久光电流及负光导机制。GaSe/InSe异质结器件具有稳定的电存储性能,当Vbg-max=60 V时,回滞窗口的宽度可达（ΔV）72.53 V,可存储电荷量（ΔQ）为5.21×1012cm-2,当达到2000 s时开关比为10~3,施加不同的脉冲偏压可控制它的存储状态。而Ga Se/BN/InSe异质结器件在Vbg-max=50 V时,回滞窗口的宽度（ΔV）为14.12 V,可存储电荷量为1.01×1012 cm-2,当达到500 s时开关比仅为10,远远小于GaSe/InSe异质结器件。为更好地解释电存储机制,探究不同的温度下GaSe/InSe异质结器件电存储性能,64 K时,当Vbg-max为60 V时,回滞窗口的变化（ΔV）为40.29 V,可存储电荷量（ΔQ）为2.89×1012cm-2,当达到1000 s时开/关比为10~6。温度升至400 K时,当Vbg-max为50 V时,回滞窗口的变化（ΔV）为76.86 V,可存储电荷量（ΔQ）为5.52×1012 cm-2,当达到500 s时开/关比为10。这种电存储性质是由于施加脉冲偏压造成能带弯曲引起电荷转移所造成的:在低阻态（Low Resistance,LRS）时,施加-60 V的偏压,Ga Se和InSe的能带向下弯曲,势垒降低,电子的跃迁,电流较大;在高阻态（High Resistance,HRS）时,施加+60 V的偏压,Ga Se和InSe的能带向上弯曲,势垒增加,电子钉扎,电流较小。此外,温度对界面处的电荷转移有重要影响,温度升高,有效存储的电荷量减少,开关比降低。GaSe/InSe异质结器件在高阻态532 nm光源的激发下具有永久光电流现象,开关比为10~4,2000 s后电流仅下降6.89 n A,施加不同的脉冲偏压、调控光功率密度、光循环次数均可有效地调控光存储状态。Ga Se/BN/InSe异质结器件同样具有永久光电流现象,500 s后电流仅下降0.30 n A,开关比不足10,远远低于GaSe/InSe异质结器件。选择808 nm的光源激发,GaSe/InSe异质结器件处于高阻态时,永久光电流现象仍存在。为更好地解释光存储机制,探究不同的温度对GaSe/InSe异质结器件光存储性能的影响,发现在100 K下,在高阻态时永久光电流现象仍存在,开关比为10~6,1000 s后电流下降1.63μA。当温度升至350 K时,永久光电流现象仍存在,开关比为100,1200 s后电流下降84.0 n A。产生以上现象的原因是:在施加+60 V的脉冲后,Ga Se和InSe的能带均会向上弯曲,电子钉扎,在Si O2/Si基底上感应负电荷,此时能带会向下弯曲,在InSe的价带中会有大量的空穴。当在光源激发下,InSe中的空穴向Ga Se移动。但由于InSe的价带中有大量空穴,关掉光源,InSe中的空穴仍会向Ga Se运动,也就产生永久光电流现象。有趣的是,在低温下GaSe/InSe异质结器件在低阻态时表现出负光导现象。发现电流的下降趋势受光功率密度的影响,在低功率下电流下降缓慢;而当光功率提高,电流下降速度变快。当选择808 nm的光源激发时,负光导现象仍存在。原因是:当对GaSe/InSe异质结器件施加-60 V的脉冲偏压时,Ga Se、InSe的能带向下弯曲,势垒减小,Ga Se导带中的电子向InSe中的导带跃迁,在Si O2/Si基底上感应正电荷,Ga Se、InSe的能带均向上弯曲。在532 nm或808 nm光源的激发下,InSe导带中的光生电子隧穿到Ga Se的导带中,与价带中的空穴复合,所以产生负光导现象。当功率增大InSe中会有更多的电子隧穿到Ga Se,增大与空穴的复合机率,导致电流下降速度增快。
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