【摘 要】
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目前已经探索出的二维材料（主要包括单元素二维材料、过渡金属硫属化合物TMDs和后过渡金属化合物PTMC）由于其优异的电学和光电学性能而引起了科研界的广泛关注。在后过渡金属化合物中,In4/3P2Se6和Sn X2（X=S、Se）由于带隙适中、光吸收系数高、储量丰富、环境友好、化学稳定性高而成为很有潜力的二维材料,这些特点使得它们在光电探测器、场效应晶体管、锂/钠离子电池、催化等领域具有巨大的应用前
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目前已经探索出的二维材料（主要包括单元素二维材料、过渡金属硫属化合物TMDs和后过渡金属化合物PTMC）由于其优异的电学和光电学性能而引起了科研界的广泛关注。在后过渡金属化合物中,In4/3P2Se6和Sn X2（X=S、Se）由于带隙适中、光吸收系数高、储量丰富、环境友好、化学稳定性高而成为很有潜力的二维材料,这些特点使得它们在光电探测器、场效应晶体管、锂/钠离子电池、催化等领域具有巨大的应用前途。此外,二维垂直异质结制备简单、结合组分优点,也可能产生新的性能,因此具有很强的研究价值。我们通过不同方法合成了二维In4/3P2Se6和Sn X2及其异质结材料,通过构建不同类型的光电探测器件探索其光电性能。本文主要包括以下几个方面的内容:（1）研究二维材料In4/3P2Se6及其异质结的物理性能。采用化学气相传输法（CVT）制备In4/3P2Se6晶体,然后剥离出少层In4/3P2Se6,并将其与SnS2搭建成异质结,研究异质结的光电性能。研究结果表明:In4/3P2Se6晶体具有六边形结构,层间范德瓦尔斯力较小,是带隙为1.99 e V的直接半导体材料。In4/3P2Se6基光电探测器暗电流小、光电性能好、响应快。形成的In4/3P2Se6-SnS2异质结为Ⅱ型异质结,具有明显的光伏性能,最佳条件下的短路电流为0.12 n A,开路电压为0.27 V,光响应度为76.8 m A·W-1。与SnS2相比,In4/3P2Se6-SnS2异质结的暗电流很小,因此探测率提高了两个数量级,响应时间从9.8/9.6 ms减低到1.7/1.6 ms。（2）用一步化学气相沉积法（CVD）进行合成SnS2-Mo S2垂直异质结。首先探索其生长机理,Mo S2首先在Si O2/Si基底上生长,SnS2在Mo S2三角形的顶点和中心成核,随后沿着边逐渐生长,最终覆盖Mo S2三角形,形成SnS2-Mo S2垂直异质结。通过调整反应条件获得大面积双原子层SnS2-Mo S2异质结,其边长最大为40μm,异质结层间有电荷分离现象。SnS2-Mo S2双层异质结构成的器件,具有高的FET开关比6.5×10~6,明显的整流效应,不加栅极电压时的整流比为114;异质结的迁移率高于单一材料的迁移率。SnS2-Mo S2垂直异质结为Ⅱ型异质结,具有优异的光伏性能,最大的短路电流为0.14n A,开路电压为0.079 V,响应度达到36 m A·W-1,探测率为1.6×1011Jones,响应速度也比较快。（3）将SnS2二维材料用于金属-半导体-金属型器件（MSM）,探索其电学和光电性能。采用干转移方法制备Graphene-SnS2-Au异质结。由于形成了不对称的肖特基结,Graphene-SnS2-Au异质结具有好的整流效应,整流比可达到1456。基于Graphene-SnS2-Au异质结的光电器件还具有光伏性能,其最大短路电流为9 p A,开路电压为0.05 V,光响应度为3.6 m A·W-1,探测灵敏度为5.6×10~9 Jones;在1 V偏压下具有120 A·W-1的高光响应度,栅极电压对光响应具有较好的调控作用,当施加栅极电压时获得的最大光响应度是870 A·W-1。（4）通过化学气相沉积法（CVD）合成SnSexS2-x合金并探索其光电性能。所得产物均为半六边形的片状形状,大小和厚度都很均匀。通过调整合成条件获得了化学成分可调的SnSexS2-x合金,提高Se的添加量和延长反应时间均能提高产物中Se的含量,而改变S加热温度会在更大范围内调整产物中Se的含量。相应地SnSexS2-x合金的带隙也获得调节,可以从2.24 e V连续变化到1.37 e V。将所得的SnSexS2-x合金用于光电化学探测器,Se含量固定时所有SnSexS2-x合金的光电流均随着电压的增加而增大,不同Se含量的SnSexS2-x合金在相同电压下随着Se含量的增加先增大后减小,其中SnSe0.92S0.99合金光电性能最好,最大光电流密度为32.5μA·cm-2,此时的光响应度为325μA·W-1,探测率为1.45×10~8 Jones。
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