Bi2O2Se场效应晶体管的制备及自旋相关性质的研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:zzw200512168
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半导体自旋电子学的目标是将现有成熟的半导体技术与电子自旋自由度相结合并加以应用,从而实现能耗更低、速度更快、规模更小的自旋电子学器件。作为自旋操纵的主要手段和自旋弛豫的关键影响机制,自旋轨道耦合(SOC)是自旋电子学研究的热点。圆偏振光电流效应(CPGE)是研究半导体自旋特性的一种简单而有效的方法。Bi2O2Se是一种空气稳定的层状氧化物半导体材料。由于它易于获得,且具有适中的带隙和较高的迁移率,受到越来越多研究者的关注。本文系统地介绍了 Bi2O2Se材料的制备以及Bi2O2Se场效应晶体管(FETs)的制备过程。并且利用圆偏振光电流探测和调制了 Bi2O2Se中的SOC。主要工作如下:采用化学气相沉积法(CVD)制备了具有高晶体质量的倾斜半导体Bi2O2Se纳米片,采用机械压力将倾斜的Bi2O2Se样品从云母片上转移到SiO2/Si上,在此基础上制备了具有n型传输特性的背栅Bi2O2Se FETs,并对样品的光学性质和电学性质进行表征。利用不同波长的圆偏振光在Bi2O2Se中激发出了明显的圆偏振光电流。当圆偏振光斜入射时,在垂直于入射面的方向上会产生圆偏振光电流效应。CPGE电流会随着激光入射角的增大呈现出先增大后减小的趋势,我们根据对称性分析对CPGE电流与激光入射角的变化关系进行了很好地拟合。倾斜Bi2O2Se中的CPGE电流可达到100 nA/W,远大于其他二维(2D)材料,例如Bi2Se3,WSe2,Sb2Te3以及一些二维电子系统,如AlxGa1-xN/GaN。实验表明,倾斜生长的Bi2O2Se 2D材料具有较强的自旋轨道耦合。利用离子液体作为介质层,我们通过栅压调制Bi2O2Se薄膜中表面电场和表面电子浓度。当栅极电压为正时,CPGE电流显著增加,表明栅极进一步打破了空间反演对称性,导致SOC增强。与平面内的Bi2O2Se(下表面与云母之间存在静电相互作用,因此上下表面本身就不对称)不同,倾斜生长的Bi2O2Se具有两个Bi2O2Se-空气界面,上下表面对称。因此,倾斜Bi2O2Se中较大的CPGE电流表明SOC极有可能来源于晶格而不是界面。本工作说明2D Bi2O2Se材料有望成为发展自旋电子学的良好材料平台,并且将有助于进一步探索Bi2O2Se中的自旋注入与自旋调控。
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