基于应变工程二维MoS2和CsPbBr3器件电输运特性研究

作     者：魏耀铖 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑学军

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：二维MoS2 二维CsPbBr3 导电原子力显微镜 应变工程 Ⅰ-Ⅴ特性 

摘      要：二维材料凭借其优异的物理和化学性质得到了广大科学研究者的青睐。二维二硫化钼（MoS）和溴化铯铅（CsPbBr）是两种典型的半导体且具有带隙可调的特点,这使得它们在电子器件领域中具有较大的应用前景。然而,二维材料的性能受到材料层数和缺陷等因素的巨大影响,本征的二维材料光电性能却有待改善。研究表明,应变工程是一种增强二维材料器件性能的有效手段。因此本文基于应变工程研究了少层二维MoS和不同厚度二维CsPbBr纳米片器件的电流-电压性能,进一步探索它们在未来电子器件中的应用。本论文的主要研究内容如下:1.分别使用化学气相沉积法和低温液相法制备了二维MoS和二维CsPbBr纳米片。通过光学显微镜、扫描电子显微镜和原子力显微镜表征形貌,利用拉曼光谱和X射线衍射表征它们的物相。利用导电原子力显微镜构建了基于二维MoS和CsPbBr的器件。2.通过湿法辅助转移将MoS转移至图案化基底上,形成约束应变。然后基于开尔文探针模块测试了其表面电势的变化,发现槽边缘处的接触电势相对于槽中心处降低了约94 m V。因此,进一步使用导电原子力显微镜测试了长方形槽上MoS七个不同点的局部Ⅰ-Ⅴ特性,结果显示越靠近槽边缘MoS的电导率越大。使用拉曼面扫和有限元模拟确定了MoS应变的分布。最后基于第一性原理计算得到七层MoS能带随应变的变化率约为-103me V/%。实验得到不同应变下的MoS电导率与理论值能较好匹配,证明了应变减小了MoS的能带从而增强了其导电性。3.基于Hertzian模型计算了CsPbBr在不同针尖载荷下的应变大小。通过原子力显微镜针尖向样品施加应变,基于导电原子力显微镜测试了12 nm、17.5 nm和22 nm厚的CsPbBr在载荷为10 n N、20 n N和30 n N时的Ⅰ-Ⅴ特性曲线,并且随着载荷的增大Ⅰ-Ⅴ特性增强。根据热电子发射模型计算了它们在不同载荷下的肖特基势垒。结果表明随着载荷的增加所有样品的肖特基势垒均减小,并且越薄的样品相应的肖特基势垒越低,从而表现为更好的电学响应。然后基于压电力显微镜测试了三种样品的压电性能,得到了12 nm、17.5 nm和22 nm厚的CsPbBr的垂直方向压电系数分别为12 pm/V、9 pm/V和3 pm/V。最后基于压电光电子学理论,解释了载荷增大肖特基势垒减小的原因是压电效应导致的电荷极化。