單層二硒化鎢及其合金的合成與器件的研究.pdf

1、具有優(yōu)異的電子和光學(xué)性質(zhì)的二維層狀半導(dǎo)體材料為原子層厚度的電子器件和光電子器件的應(yīng)用打開了一扇大門。單層的過渡金屬硫?qū)倩铮鏜oS2，WS2，MoSe2和WSe2由于其非常優(yōu)異的電子和光電子性質(zhì)引起了研究者的廣泛關(guān)注，同時(shí)這類材料具有半導(dǎo)體特性，與金屬性的石墨烯和絕緣體氮化硼性質(zhì)各異卻又可以作為互補(bǔ)發(fā)揮各自的優(yōu)勢。MoS2作為過渡金屬硫?qū)倩锏牡湫痛?，其合成?yīng)用都以得到廣泛的研究，而同類的WSe2在合成方法以及電學(xué)性能方面卻很少有

2、人報(bào)道，但是柔性，近似透明且具有1.6eV的直接帶隙使單層WSe2滿足作為電子器件和光電子器件的大部分需求。發(fā)展合成大面積均一的單層WSe2對(duì)于制作大規(guī)模的電子器件，柔性透明光電子器件等時(shí)是必不可少的前提。為了研究單層WSe2的更深的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，需要精確的調(diào)控其帶隙以及電子結(jié)構(gòu)，然而這也是目前二維材料合成中一個(gè)意義重大的挑戰(zhàn)。
　　本論文主要研究化學(xué)氣相沉積方法合成單層WSe2，通過球差校正高分辨掃描透射電子顯微鏡和原子力顯微

3、鏡對(duì)合成的樣品進(jìn)行了原子級(jí)別的分析。其帶隙以及元素組成通過熒光光譜和X射線光電子能譜儀確定，最后基于合成的材料加工成場效應(yīng)管，研究其電學(xué)輸運(yùn)性質(zhì)以及光響應(yīng)能力。為了調(diào)控單層WSe2的帶隙，我們通過摻入硫元素得到不同帶隙的WSe2(1-x)S2x合金，并研究不同帶隙的合金的電學(xué)輸運(yùn)性質(zhì)，同時(shí)該器件的電學(xué)穩(wěn)定性得到了確認(rèn)，最后為了得到更高的遷移率，基于WSe2(1-x)S2x合金加工成頂柵場效應(yīng)管并測量其電學(xué)性質(zhì)。本論文取得的主要成果如下:

4、
　　(1)首次在SiO2/Si襯底上用常壓化學(xué)氣相沉積方法合成1cm×0.5cm大面積單層的WSe2晶體，室溫下觀察到樣品具有強(qiáng)烈的熒光峰，峰位在770nm(1.61eV)。它表明該樣品為直接帶隙半導(dǎo)體，高分辨掃描透射電子顯微鏡圖顯示樣品是晶格完美，沒有空位雜質(zhì)等缺陷，器件的遷移率μ為0.2cm2V-1s-1，光響應(yīng)能力Rλ為20mAW-1達(dá)到同類材料的水平甚至更高。
　　(2)利用化學(xué)氣相沉積的方法通過控制硫粉的量，成功