【摘 要】
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与零带隙的石墨烯不同,过渡族金属硫属化物由于其独特的性质,比如光学透明、高载流子迁移率和广泛可调的带隙等,引起了材料学领域的广泛关注。目前,二维纯相层状P型半导体很
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与零带隙的石墨烯不同,过渡族金属硫属化物由于其独特的性质,比如光学透明、高载流子迁移率和广泛可调的带隙等,引起了材料学领域的广泛关注。目前,二维纯相层状P型半导体很少,WSe2是其中一种,且在空气中的稳定性很好。WSe2薄膜在场效应晶体管、光电探测器、气体传感器、压电传感器和光伏太阳能电池等方面有巨大的应用前景,是构筑下一代电子学、光电子学器件的理想材料。实现WSe2大面积、高质量、层数可控制备是应用研究的基础。本论文主要围绕WSe2薄膜的尺寸与层数可控制备、表征、电学性能和光电探测性能开展了系统的研究。(1)采用化学气相沉积法(CVD),以Se丸为硒源,WO3粉末为钨源,Si/SiO2(300nm)为生长基底,Ar/H2混合气体为载运气体,通过调控生长工艺,制备出不同层数的WSe2薄膜以及单层和双层WSe2连续大面积薄膜。研究结果表明,不同的生长工艺参数,对样品的形貌、尺寸和层数有着较大的影响。通过调控实验参数,生长的一层到五层WSe2薄膜最大尺寸分别可达到500μm、320μm、280μm、200μm和150μm;带隙从直接带隙1.62 eV过渡到间接带隙1.53 eV。并通过荧光显微镜研究单层WSe2荧光时效现象。(2)研究不同层数WSe2薄膜的场效应晶体管和光电探测性能。结果显示,随着样品层数的增加,电阻逐渐减小,迁移率逐渐增大;并展现出不同类型的半导体特性,一层到五层WSe2分别为p型、n型、双极型、n型、n型。对比一层到五层WSe2光电晶体管的光电探测性能,发现五层WSe2光电晶体管表现出卓越的光电探测性能,其光响应率、光探测率和外量子效率分别为47.5 A/W、1.08×1012 Jones和1.08×104%。通过调控栅压,五层WSe2光电探测器展现出优异的光电探测性能,光响应率可以达到2.62×104 A/W。
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