【摘 要】
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芯片是由晶体管集成的,科技的进步需要不断的提高芯片的集成度,而这就需要不断减小晶体管的尺寸,当晶体管的尺寸减小到一定程度,就容易产生短沟道效应,从而会使器件失效。而二维材料具有原子级厚度,对短沟道有强烈的免疫性,是后摩尔时代电子器件材料的领跑者。通过机械剥离、气相沉积等方法,可以直接获得具有原子级平整界面的超薄二维材料。机械剥离法可以获得单层或少层材料,但是该方法产量、尺寸、厚度可控性差。而化学气
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芯片是由晶体管集成的,科技的进步需要不断的提高芯片的集成度,而这就需要不断减小晶体管的尺寸,当晶体管的尺寸减小到一定程度,就容易产生短沟道效应,从而会使器件失效。而二维材料具有原子级厚度,对短沟道有强烈的免疫性,是后摩尔时代电子器件材料的领跑者。通过机械剥离、气相沉积等方法,可以直接获得具有原子级平整界面的超薄二维材料。机械剥离法可以获得单层或少层材料,但是该方法产量、尺寸、厚度可控性差。而化学气相沉积法(CVD)可以制备出高质量、均匀的二维材料纳米片及薄膜,成为目前合成大尺寸二维材料的主流方式。此外,大多数二维材料在空气中的不稳定性容易导致了器件性能的下降,极大地影响了其在实际应用中的推广。鉴于此,通过CVD法高效的合成结晶性好、具有空气稳定性的新型二维材料,充分探究其优异电学和光电学性能,对未来二维材料器件具有重要意义。本论文首先介绍二维层状材料的发展历程,并总结了三种典型二维层状材料的结构性能。其次,简要概述了目前二维层状材料的制备方法。接下来,阐述了二维层状材料在电学及光电学领域的应用。基于此背景,我们采用CVD法合成了二硒化钯(PdSe2)作为新型二维材料,构建了一种同时具备高迁移率、高响应度的光电晶体管。具体工作如下:(1)系统地观察了PdSe2纳米片的生长规律,我们对不同衬底温度下的纳米片厚度、成核密度以及平均横向尺寸进行了统计,并对不同衬底温度对生长的影响做出了详细的分析。(2)通过X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪、透射电子显微镜(TEM)等对所制备的PdSe2纳米片的晶体结构作出了表征及分析。(3)基于PdSe2纳米片设计了场效应晶体管,对其进行了电学性能和光电学性能的测量。结果证明,在不同偏置电压下,PdSe2显示n型输运行为,开关比为10~3,获得105 cm~2·V-1·s-1的高迁移率。此外,器件在空气中放置6个月后,迁移率仅从100下降到99,展示了器件的超高空气稳定性。(4)在914nm激光的照射下进行了PdSe2光电性能的测量,发现PdSe2光电晶体管展现了良好的开关性能,光响应度为660 A·W-1,远高于绝大部分化学气相沉积法生长的二维纳米片所制备的光电晶体管,这表明具有高结晶度的PdSe2纳米片在未来的电子器件和新型近红外光电探测器中具有广阔的应用前景。
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