【摘 要】
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由于具有卓越的光学、电学性能和加工兼容性,硅基半导体材料主导着现代电子工业。随着摩尔定律逐渐走向崩溃,这些传统半导体即将进入瓶颈期。与此同时,二维材料凭借新颖的电子和光电子学特性受到了广泛关注,被认为是下一代电子器件的潜在候选者。然而,硅基半导体产业目前已经十分成熟,短期内不太可能被二维材料取代。因此,集成二维材料以及硅半导体构建新一代电子器件是当前研究的焦点。硅基二维材料由于与传统硅基材料化学和
【基金项目】
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国家自然科学基金(项目编号:51902001,11904154); 安徽省先进激光技术实验室开放研究基金(项目编号:AHL2020KF02); 安徽省自然科学基金(项目编号:1908085QE17);
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由于具有卓越的光学、电学性能和加工兼容性,硅基半导体材料主导着现代电子工业。随着摩尔定律逐渐走向崩溃,这些传统半导体即将进入瓶颈期。与此同时,二维材料凭借新颖的电子和光电子学特性受到了广泛关注,被认为是下一代电子器件的潜在候选者。然而,硅基半导体产业目前已经十分成熟,短期内不太可能被二维材料取代。因此,集成二维材料以及硅半导体构建新一代电子器件是当前研究的焦点。硅基二维材料由于与传统硅基材料化学和加工兼容,具有光明的发展前景。本文以硅基碲化物二维材料为主要研究对象,分别从材料制备,器件构筑和功能三个方面展开研究,旨在理解相关材料基本物性、分析器件运行机理、拓展材料应用范围。采用化学气相沉积(CVD)方法,在氧化硅(SiO2)衬底上制备出高质量碲化硅(Si2Te3)单晶及其二维层状材料。通过550-1050 nm范围内的超宽光致发光(PL)光谱研究,发现Si2Te3材料中存在硅空位缺陷。Si2Te3场效应晶体管表现出典型的p型行为,基于Si2Te3的二维光电探测器在405-1064 nm范围内表现出显著的宽带光谱响应。厚度为13.5 nm的Si2Te3二维光电探测器在405 nm波长光照射下的光响应率和探测率分别可以达到65 AW-1和2.81×1012 Jones,优于许多传统的宽带光电探测器。采用化学气相传输(CVT)方法,生长出具有三角对称性和层状结构的高质量InSiTe3晶体,构筑出了基于InSiTe3的高性能光电探测器。通过拉曼光谱测量确定了 InSiTe3的拉曼振动模式。第一性原理计算发现InSiTe3的间接带隙可以从0.78 eV(块体)调节到1.30 eV(单层)。InSiTe3基光电探测器表现出紫外-近红外范围的宽光谱超快光响应(365-1310 nm,545-576 ns),最高探测率达到 7.59×109 Jones。采用空间限制CVD方法,在惰性云母衬底上制备出二维GeTe晶体。发现衬底和生长温度显著影响二维GeTe晶体的尺寸和形状。原子力显微镜(AFM)分析表明,二维GeTe晶体的厚度为15-20 nm。通过拉曼振动模式分析确认二维GeTe晶体在室温下为菱面体相。进一步的透射电镜(TEM)分析表明,二维GeTe晶体中存在Ge空位。构筑了二维GeTe场效应晶体管(FET)器件,电输运分析发现,该器件电阻仅为为147 Ω。
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