VIB族过渡金属硫化物的可控生长与能带调控

来源 :西安电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qq4156500
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,二维(2D)过渡金属硫化物(TMDs)由于优异的物理性质及其在电子、光电子和储能转换等方面的应用而受到广泛的关注。以二硫化钼(Mo S2)、二硫化钨(WS2)为代表的VIB族超薄原子层范德华(Vd W)结构具有天然的带隙、较高的载流子迁移率、自旋-轨道耦合效应等出色的特性,这些特性与层数依赖的电子结构密切相关,通过异质结、固溶体和同素异构等方式实现精确的能带调控十分重要。优异的性质和可调谐的能带结构使得二维材料在场效应晶体管(FET)、光电探测、多功能存储和超导等领域有着巨大的应用前景。目前,化学气相沉积(CVD)已经成为大规模制备原子薄层二维材料的主要方法,但是,由于过渡金属氧化物(MOx)较高的熔点和生长中较低的蒸汽压,可控、高质量的TMDs生长仍然存在困难。二维材料成核和CVD生长中的反应机理尚不明确。能够简单制备界面清晰的面内异质结技术对未来的器件应用十分关键。另外,由于碲原子金属性较强且与过渡金属原子结合能较弱,使用CVD方法制备二维碲化物及固溶体存在一定挑战。如何实现二维材料可控的相选择性生长还需要进一步讨论。本论文发展了一种氯化钠(Na Cl)辅助制备单层Mo S2、WS2,及一步生长面内异质结的CVD方法,实现了大尺寸、无掺杂、高质量的可控生长。揭示了Na Cl在降低反应温度和辅助生长中的机理,证明了反应中形成含Na的中间物质可以作为前驱体被硫化生成二维材料。在此基础上,我们利用氢气(H2)在CVD生长中的调节,实现了不同组分WS2(1-x)Te2x(0<x<1)固溶体的制备和2H相与1T’相的选择性生长,分析了不同相结构中S、Te原子的分布规律,并对固溶体中随组分变化的光学性质与电学性质展开了深入地讨论。综上,本论文具体的研究内容如下:(1)氯化钠辅助生长高质量单层Mo S2、WS2及其面内异质结发展了一种Na Cl辅助生长大面积、高质量单层Mo S2、WS2,及一步生长面内异质结的CVD方法。系统研究了Na Cl含量、生长温度和气流等条件对材料生长的调控影响。拉曼(Raman)、光致发光谱(PL)和高分辨电镜(HRTEM)等表征证明,反应中Na Cl不会在晶格中引起故意掺杂或者明显的缺陷。制备的Mo S2-FETs具有最高24.5cm2V-1s-1的电子迁移率和107开关比,表现出与氧化物前驱体生长相当的电学特性。由于Na Cl的引入优化了Mo S2、WS2的反应窗口,使得两种材料可以先后在内、外核连续一步生长,Raman成像和透射电镜(TEM)证明本论文中一步法制备的面内异质结具有清晰的异质界面。(2)氯化钠辅助生长的机理分析研究与单独使用二氧化钼(Mo O2)和三氧化钨(WO3)氧化物前驱体相比,Na Cl的引入可以在生长中分别降低100和200°C的反应温度,实现Mo S2和WS2的大尺寸生长。使用化学表征方法分析了前驱体在反应中的变化过程,首次论述了Na离子在Na Cl辅助生长中的作用机理:蒸发的Na Cl与MOx可以在衬底上生成含Na的三元中间产物NaxMOy颗粒,一方面这些颗粒可以在衬底上提供成核点,另一方面,它们还可以作为金属源前驱体在衬底上被逐步硫化最终形成单层的Mo S2/WS2材料。衬底上残余未反应的含Na物质可以通过湿法转移去除。这种Na Cl辅助的方法还可以生长VIB族硒化物如二硒化钨(WSe2)、碲化物如二碲化钼/二碲化钨(Mo Te2/WTe2),具有推广到制备其他二维材料和异质结、合金的潜能。(3)单层2H/1T’相WS2(1-x)Te2x固溶体的可控制备和相调控通过H2在生长中的调节,制备了不同Te组份的单层WS2(1-x)Te2x固溶体(x=0-1),Te组分的变化可以实现半导体2H相(x<50%)与半金属1T’相(x>50%)之间的转化。在固溶体过程中,2H相材料的光学带隙随Te组分的增加从1.97 e V减小到1.67 e V,而在1T’相中发生淬灭。首次报道并分析出Raman光谱随合金组分的变化规律。微观电镜分析表明在2H相中,Te原子随机分布在硫属原子格点;在1T’相中,S原子选择性分布在W原子链周围的硫属格点。最后,研究了固溶体制备的FETs电学特性,在半导体相中,Te原子的引入会引起材料的p型掺杂导致晶体管阈值的正漂;在半金属相中,S原子同样会调整合金材料的电导行为。
其他文献
随着无线通信用户的不断剧增,大容量、高速率通信已经成为现代无线通信技术发展的必然趋势,这对系统中天线的带宽提出了更高的要求。为了能够覆盖多个频带,通常采用多副天线,这无疑增加了系统的成本和复杂度。宽带天线仅采用一副天线缺能够同时覆盖多个频带,从而降低了系统的成本和复杂度,因此逐渐成为了无线通信系统的一项研究热点。本文围绕应用于无线通信系统中的宽带天线技术,分别对全向辐射天线、双向辐射圆极化天线、定
本文首先针对弹跳射线(Shooting and Bouncing Ray,SBR)算法进行优化,并基于改进后的SBR算法建立了电大尺寸复杂目标与实际复杂海环境复合电磁散射模型,分析了目标与海面复合模型的电磁散射特性。在此基础上,进一步研究了基于电磁散射计算的SAR成像算法,建立了典型舰船目标SAR图像仿真数据集,并结合深度学习理论完成了舰船SAR图像仿真数据集的识别与分类工作。论文的主要工作如下:
近年来,伴随着无线通信技术的迅速发展,宽带化、小型化、集成化成为通信系统发展的大趋势。天线作为通信系统的关键部件,其收发性能直接影响了整个系统性能的通信质量。特别是随着现阶段空间资源的紧张,越来越多的天线被集成在较为狭小的区域,导致天线之间的电磁环境加剧恶化。因此,研究具有带外抑制特性的滤波天线成为必要。本论文结合科研课题和天线系统的设计方法对新型滤波天线的设计方法开展研究,主要研究成果如下:1.
手性是一个在许多常见材料都涉及的几何概念。手征物体是指不能通过任意平移或旋转操作使其与镜像重合的物体,任意方向平面波在手征介质传播都会发生偏振状态的改变:即产生旋光和圆二色性。手征介质展示出的电磁特性使其在物理、化学、生物医疗、超灵敏检测、超材料制备等许多理论和应用领域中都有着广泛的应用。本文从手征介质(粒子)中电磁传播特性及散射方面展开研究工作:给出手征介质本构方程之间介质参数的相互转换关系;研
随着现代科学技术的发展,半导体已经成为军事、科技和社会生活中不可缺少的重要部分,以半导体技术为基础制造出的产品支撑着整个信息产业。半导体技术也从最初的以硅、锗为基本材料,延伸到砷化镓、氮化硅、碳化硅、氮化镓等多种不同类型的材料,并利用其各自特性制造出适用于不同领域的器件和产品。其中氮化镓(GaN)以其独特的材料特点吸引了各国科研机构和公司的广泛关注。GaN拥有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、耐高温
脉冲电流注入(Pulsed Current Injection,PCI)试验是开展电磁脉冲效应研究的一种重要手段。但由于缺乏定量的分析方法,无法明确试验平台各参数与注入电流间的具体定量关系,从而难以针对不同受试电子设备确定最优的试验设置,影响了PCI试验的实际效果,限制了这种方法的应用和进一步的推广。论文通过建立包含脉冲源、耦合装置、受试线缆及其末端负载的PCI整体电路模型,量化了PCI各物理参数
雷达探测技术的快速发展,使武器装备突防的难度大幅增加。为了保证己方军事力量对战场局势的控制,提高己方装备的突防与生存能力,各国都开始了对雷达截面减缩技术的研究。阵列天线,作为通讯设备的重要器件,因其需要高效地发射和接收电磁波,使得其雷达隐身设计十分困难,阵列天线成为隐身装备的主要散射源之一。如何在保证阵列天线辐射特性的前提下实现其宽带的雷达隐身设计,具有重要的研究价值与军事意义,同时这也是阵列天线
天线是能够实现导行波和自由空间波之间相互转换的器件,在无线电设备中用来发射或接收电磁波,是无线电通信系统不可或缺的重要组成部分。现代无线通信技术和雷达探测技术的飞速发展对小型化、多功能化、高集成化天线提出了迫切的应用需求,亟需探索基于新机理的高性能天线设计理论与方法。人工表面等离激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPP)是电磁波与电磁媒质相互作用时产生的一种
随着航空航天领域的快速发展,作为航天任务载体的空间飞行器吸引了大量的学者进行研究。空间飞行器系统是一个高度耦合的强非线性系统,其高精度姿态控制对于空间飞行器快速有效的完成特定任务具有举足轻重的地位。目前,大多数的文献都假设空间飞行器的驱动器可以提供任意大的控制力矩,然而在实际的控制过程中,驱动器提供的力矩都有一个最大值,当所需要的控制力矩超过这个最大值时,控制力矩将会被限幅输出,控制系统的稳定性和
GaN材料由于具有大的禁带宽度、高的击穿场强、以及异质结材料结构中存在的由较强自发极化和压电极化效应而产生的高面密度和高迁移率的二维电子气(2DEG),在高压大功率器件的应用中表现出巨大的潜力。另外,由于横向结构AlGaN/GaN肖特基二极管与高电子迁移率晶体管的制备工艺具有良好的兼容性,因此有利于实现电路的单片集成,从而减小电路的寄生电容、寄生电感和芯片尺寸。随着大尺寸Si基AlGaN/GaN外