检索结果-南通市图书馆

作者：钱梦雅湖南大学

学位级别：硕士

范德瓦尔斯异质结通过层间组装、堆积,可以整合不同种类材料的优异性能,进一步优化二维材料的光电性能。范德瓦尔斯异质结拥有不同类型的能带排列方式从而展现出惊奇的性能和新颖的现象,推动光电探测器件及光电应用领域的发展。异质结... 详细信息

范德瓦尔斯异质结通过层间组装、堆积,可以整合不同种类材料的优异性能,进一步优化二维材料的光电性能。范德瓦尔斯异质结拥有不同类型的能带排列方式从而展现出惊奇的性能和新颖的现象,推动光电探测器件及光电应用领域的发展。异质结的能带排列方式决定器件的性能及应用领域:Type-I异质结一般应用在发光领域,Type-II适用于光催化及光电探测器等领域,Type-III常见于隧穿场效应晶体管(TFETs)。因此探讨在单一异质结中如何实现多种能带类型排列的调控具有重要的意义。但如果想要实现单一异质结之间能带排列的可控转变,达到进一步修饰范德华异质结性能的目的,依然是一项具有挑战性的课题。常见的调控方法有电场、掺杂、应变、缺陷等,而电场、压力调控会破坏材料结构,缺陷调控在实验中难以操控,而离子掺杂是调控带排列的一种简便可行的方法。本文搭建了由层状二维材料PbI与过渡金属二硫化物中的WS组成的异质结体系,通过控制化学组分的比例将其中单层WS的S原子部分替换为Se原子。探究单一异质结PbI/WS实现能带类型转变后电子及光学性质的提高的内部物理机制。本文主要的研究内容如下:(1)利用单层PbI和WS作为原模型,搭建PbI/WS异质结并选择失配比小于5%及合适原子数目的晶体结构模型。确定0%、50%、100%的Se离子掺杂的比例。并针对同一掺杂比例即50%下PbI/WSSe的构型计算出结合能,最终选出最稳定即结合能最小的异质结构型。基于第一性原理的密度泛函理论,通过理论计算得到的单体、异质结的能带图、态密度图、界面电荷转移图、光吸收图、有效质量,对其内部机理进行透彻分析并具体解释调控能带类型的相关机理。(2)理论计算结果表明异质结能带排列将发生由Type-I→Type-II的转换,Se离子的引入使PbI/WS异质结的结合能和带隙逐渐减小。当S原子被Se全部替换时即形成PbI/WSe异质结时其有效质量(m*)拥有最小值,在[100]、[010]方向的计算值分别为0.29、0.49。经离子掺杂后的异质结光吸收性能得到进一步提升,与单层PbI相比仍有很大提升。因此在异质结中通过化学组分调控能带类型排列在未来的光电应用及光电探测技术等领域中具有更重要的意义。

关键词：第一性原理二维材料范德瓦尔斯异质结离子掺杂能带类型光电性能

二维SePtTe/InS范德瓦尔斯异质结的宽频光电性能

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二维SePtTe/InS范德瓦尔斯异质结的宽频光电性能

作者：任加洛湘潭大学

学位级别：硕士

自石墨烯的成功制备以来,二维材料在光电子学领域的前景就受到了人们的关注,其中过渡金属硫族化合物由于其电子结构的非对称性以及光电子学领域的优异性质而备受关注。近年来,1T相PtSe2的成功制备,引起了人们对Pt的硫族化合物的极大关... 详细信息

自石墨烯的成功制备以来,二维材料在光电子学领域的前景就受到了人们的关注,其中过渡金属硫族化合物由于其电子结构的非对称性以及光电子学领域的优异性质而备受关注。近年来,1T相PtSe2的成功制备,引起了人们对Pt的硫族化合物的极大关注。单层的PtSe2具有高的载流子迁移率、适中的带隙和高的光吸收系数。已有研究表明,PtSe2的Janus结构同样具有优异的光学性质。然而,PtSe2及其Janus结构均是间接带隙半导体,极大的限制了其在光电子学领域的应用。构建范德瓦尔斯异质结是调制这类材料带隙类型的有效方法。本文通过第一性原理计算方法,从理论上探索基于1T-PtSe2及其Janus结构与III-VI化合物构建具有直接带隙的范德瓦尔斯异质结。并获得以下结论:（1）从理论上构建了基于单层SePtTe和InS的新型范德瓦尔斯异质结结构。我们系统研究了SePtTe/InS异质结可能形成的四种堆垛结构,并通过对比带隙类型、束缚能等性质,最终确立了以AA2堆垛的新型范德瓦尔斯异质结,结果表明该新型异质结是典型的直接带隙的Type-II型vd W异质结,能够实现电子空穴对的自发分离,提高光电转换效率。此外,还发现相较于单层SePtTe和InS,SePtTe/InS异质结同时具备了SePtTe与InS的优异光学性质,光吸收系数可以达到10～5数量级,并且相对于SePtTe与InS拥有更宽的光谱响应。（2）研究了应力对新型SePtTe/InS范德瓦尔斯异质结光电性质的影响,说明了SePtTe/InS范德瓦尔斯异质结在双轴应变下的电子性质和光学性质的稳定性。即由于晶格失配导致SePtTe/InS异质结发生的面内应变,不会影响其本身的直接带隙,Type-II型能带排列等电子性质和优异的光学性质。而通过垂直应力改变异质结层间距,则可以实现对SePtTe/InS异质结电子带隙大小、带偏移大小以及能带排列等性质的有效调控,进而增强光电转换效率。（3）研究了外电场对SePtTe/InS范德瓦尔斯异质结光电性质的调控。研究发现,在对异质结施加外电场时,能促进或者抑制电荷在异质结中的转移,即能够对异质结中的电荷密度进行调整分布,进而对异质结的带隙类型、大小和带偏移等电子性质进行有效的调控。进一步研究发现,无论是通过外电场还是应力的调控,异质结始终保持着高的光学吸收系数以及宽的吸收光谱。更有意思的是,在外电场和垂直应力的调控下带隙和带偏移的大小可以被调制到太阳能电池光电转化效率最高的能量范围（0.3e Vg异质结在光电器件领域的实现广泛应用。

关键词：范德瓦尔斯异质结宽频光电性质第一原理计算

基于SnS2与SnSe2的范德瓦尔斯异质结电子结构的第一性原理研究

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基于SnS2与SnSe2的范德瓦尔斯异质结电子结构的第一性原理研究

作者：童仙雨国防科技大学

学位级别：硕士

二硫化锡(SnS)与二硒化锡(SnSe)同属层状金属硫族化合物,在地球上储量丰富,是对环境友好且无毒的间接带隙半导体。在二维材料研究热潮的推动下,高质量的几层至单层的SnS和SnSe也已经通过化学或物理剥离的手段成功制备出来,并应用于电子... 详细信息

二硫化锡(SnS)与二硒化锡(SnSe)同属层状金属硫族化合物,在地球上储量丰富,是对环境友好且无毒的间接带隙半导体。在二维材料研究热潮的推动下,高质量的几层至单层的SnS和SnSe也已经通过化学或物理剥离的手段成功制备出来,并应用于电子与光电器件当中。最近,基于SnS和SnSe的范德瓦尔斯异质结(Van der Waals Heterostructures,vd WH)的报道也开始涌现。然而,迄今为止,基于二硫化锡与二硒化锡的范德瓦尔斯异质结的研究仍然很不充分,更多可能的结构仍然未知,更多可能的性质尚待探索。因此,本文主要通过第一性原理计算的研究方式,对六种基于SnS和SnSe的范德瓦尔斯异质结的电子结构进行了研究,包括graphene/SnS(SnSe)、Hf S/SnS(SnSe)和Zr S/SnS(SnSe)。本文首先计算了几种二维材料单层的带隙及能带排布,然后对六种范德瓦尔斯异质结的电子结构进行了更深入的分析。计算结果表明,除了包含石墨烯的异质结表现为金属以外,其它四种异质结都是具有间接带隙的半导体,且根据安德森定理推断,其中Zr S/SnS和Hf S/SnSe为Ⅰ型异质结,Zr S/SnSe和Hf S/SnS异质结为Ⅱ型异质结。为了满足不同器件的不同需求,可调控的电子性质对二维材料的应用有非常重要的作用,且对二维材料施加外部的应力是实现调控的重要手段之一。因此,本文还特别关注了平面内双轴应力对Hf S/SnS(SnSe)和Zr S/SnS(SnSe)四种半导体异质结材料性能的影响。结果表明,无论是压缩应力还是拉伸应力都可以有效地调控基于SnS与SnSe异质结的能带结构,且由压缩应力所引起的带隙的减小最终会导致异质结从半导体到金属的相变。此外,由应力导致的异质结能带边沿形状的变化还会影响载流子的有效质量,暗示了载流子迁移率也受到应力作用的调控。通过对异质结态密度和电荷密度差的分析表明,应力对异质结电子结构调控的作用机理在于改变了原子间的距离,进而改变了原子轨道的交叠状态,导致了能态的变化以及层间电荷的转移。本文的研究表明基于SnS与SnSe的范德瓦尔斯异质结的电子结构可以受到平面内双轴应力的有效调控,有望应用于未来新一代的纳米电子与光电器件中。

关键词：二硫化锡二硒化锡范德瓦尔斯异质结电子结构第一性原理

黑磷/钽酸钾范德瓦尔斯异质结的制备及光电性能研究

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黑磷/钽酸钾范德瓦尔斯异质结的制备及光电性能研究

作者：黄根生苏州科技大学

学位级别：硕士

二维体系的范德瓦尔斯异质结常常具有新颖独特的物理现象,在光电子器件和纳米器件领域有着巨大的应用前景。大多数的范德瓦尔斯异质结是由p型或者n型二维材料构建而成,鲜有将二维系统-二维电子气(2DEG)与p型的二维材料结合构建异质结。... 详细信息

二维体系的范德瓦尔斯异质结常常具有新颖独特的物理现象,在光电子器件和纳米器件领域有着巨大的应用前景。大多数的范德瓦尔斯异质结是由p型或者n型二维材料构建而成,鲜有将二维系统-二维电子气(2DEG)与p型的二维材料结合构建异质结。一个很重要的原因是电子气常常隐藏在界面中,很难与p型材料形成结接触。最近,我们利用Ar轰击法制备钽酸钾(KTaO,KTO)上的2DEG恰恰可以解决该问题,并实现了二维材料/2DEG范德瓦尔斯异质结的制备。本论文首先采用Ar轰击单晶KTO(001)制备出高载流子密度的2DEG。经研究发现,其电阻随时间呈线性依赖关系,称为计时器电阻效应,表明在2DEG系统中能够实现自驱动电阻计时器。霍尔效应表明载流子密度的自发下降是产生该效应的主要因素。其次,基于对KTO表面2DEG光电性质的了解,本论文利用Ar辅助轰击法将其与二维材料黑磷结合构建黑磷/钽酸钾范德瓦尔斯异质结。在低温环境下研究了器件的电输运性质和光电响应,发现该器件具备可充光电导特性。与普通光电导不同的是,该器件产生的光载流子能够在黑暗下将吸收的光能存储起来,黑暗中施加5V偏置电压释放出1.1 mA非常大的光电流,在临界温度之下,异质结满能态与空能态的电流之比高达10。同时,能量存储和光电转换是完全是自驱动行为。综上所述,本论文研究的结果不仅在二维电子体系中实现了自驱动的电阻计时器,而且为存储型光电导体和高效光电存储器件开辟了一条新的道路。

关键词：黑磷二维电子气范德瓦尔斯异质结计时器可充光电导

二维碲/钛酸锶范德瓦尔斯异质结的制备及光电性能研究

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二维碲/钛酸锶范德瓦尔斯异质结的制备及光电性能研究

作者：龚帅楠苏州科技大学

学位级别：硕士

二维材料是材料科学、凝聚态物理和化学领域最活跃的研究领域之一。作为一种新型的单元素二维材料,二维碲(two-dimensional tellurium,2D-Te)具有许多显著的物理特性,如各向异性的电子传输、低热导率和热电效应等,这使其在热电、场效应... 详细信息

二维材料是材料科学、凝聚态物理和化学领域最活跃的研究领域之一。作为一种新型的单元素二维材料,二维碲(two-dimensional tellurium,2D-Te)具有许多显著的物理特性,如各向异性的电子传输、低热导率和热电效应等,这使其在热电、场效应晶体管、光电探测器、压电传感器等方面显示出良好的应用前景。2D-Te具有可与黑磷相媲美的电子传输特性,同时具备黑磷所不具备的环境稳定性,所以2D-Te的特性值得深入研究。同时,由两种二维材料制备而成的范德瓦尔斯(van der Waals,vdW)异质结往往能表现出优于单个二维材料的特性,将2D-Te作为一种P型材料,与其他N型材料构造异质结,是本研究的重点。首先,使用了一种无底物的水热合成的方法来制备准一维Te纳米线(Te nanowires,TNWs)和二维Te纳米片(Te nanosheets,TNSes),通过控制水热合成的时间可以控制2D-Te的生长形态以达到不同的实验需求。对于TNWs的相关研究较少,由于2D-Te拥有独特的手性链晶格,其中Te原子的螺旋链通过范德瓦尔斯键堆积在二维平面,所以2D-Te非常适用于实现TNWs。从TNW与TNS的拉曼特征峰谱可以看出两者在结构上存在差异,从TNS的偏振拉曼光谱可以看出其具有面内各项异性。从静电力显微镜图可以看出TNW与TNS不同的表面电场,两者具有不同程度的边界效应,由此会导致不同的电子传输特性。其次,利用Ar离子辅助轰击法,在钛酸锶衬底上的准一维TNWs或二维TNSes和二维电子气(two-dimensional electron gases,2DEG)之间构建了vdW异质结。TNW/2DEG和TNS/2DEG vdW异质结的正向电流是反向电流的10和10倍,且负向绝缘,这表明它们有作为二极管的应用前景。进一步的,由于边界效应的影响,TNW/2DEG vdW异质结具有与TNS/2DEG vdW异质结不同的温度依赖性。同时,TNS/2DEG vdW异质结在405 nm激光照射下表现出光伏效应,激光强度越强,光伏效应越好。在加光与去光时,6 nA的光电流具有瞬时响应。综上,本论文研究了不同形态的2D-Te的相关特性,并与2DEG结合制备vdW异质结,提出了一种高性能和全温度的新型混合维度二极管异质结。

关键词：二维碲碲纳米线碲纳米片范德瓦尔斯异质结二极管

WSi2N4（Al2STe）基二维范德瓦尔斯异质结的光电性质

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WSi2N4（Al2STe）基二维范德瓦尔斯异质结的光电性质

作者：裴猛河南师范大学

学位级别：硕士

在实验上被成功剥离出来的二维石墨烯,与其块状相比,具有非凡的力、热、光、电学等特性,得到了研究人员的青睐。但是,由于石墨烯本身的零带隙的半金属性,限制了其在光电子器件上的潜在应用。在科研人员探索可替代石墨烯的二维材料过程中... 详细信息

在实验上被成功剥离出来的二维石墨烯,与其块状相比,具有非凡的力、热、光、电学等特性,得到了研究人员的青睐。但是,由于石墨烯本身的零带隙的半金属性,限制了其在光电子器件上的潜在应用。在科研人员探索可替代石墨烯的二维材料过程中,过渡金属二卤化物（TMDC）因其较高的结构稳定性、可调节的带隙以及自旋与谷自由度之间的强耦合迅速成为人们关注的焦点,它们满足光电子学、场效应晶体管、太阳能电池等的需求。此外,人们在实验室利用化学气相沉淀的方法,通过硫化Mo Se或者硒化Mo S,成功合成了具有大跨度平面偶极子结构的二维Janus Mo SSe。Janus结构特点决定了它们的跨平面不对称性。对称性的破坏产生了内置电场,使其产生了许多迷人的优异性质。例如,与传统的TMDC单层相比,Janus单层不仅保留了谷的性质,而且具有Rashba分裂、自发的平面外偶极子、较高的载流子迁移率和较大的固有压电效应,这使得它们在平面外压电器件和自旋电子器件方面具有巨大的潜力。然而,二维单层材料并不能满足在多功能器件上的需求。令人欣喜的是,在实验上把两种或两种以上不同电子结构的二维单层用类似堆积木的形式堆积在一起,可以构建二维范德瓦尔斯异质结（vd WHs）,它们在某些方面突破了其单层的限制,表现出优异的电子性能,在纳米电子学和光伏器件等设计中发挥着关键作用。为了寻找具有优异光电性质的二维vd WHs,本文基于密度泛函理论的第一性原理计算预测了几种结构稳定、载流子迁移率大、光学性质显著、光电性质可调节的二维vd WHs材料。本工作主要研究如下:（1）研究了由XSe（X=Mo,W）和WSiN构成的vd WHs的电子结构以及它们的光学性质。结果显示两种vd WHs的空穴迁移率达到10～4数量级,远好于其孤立单层。此外,XSe/WSiNvd WHs表现出比单层更好的光吸收。同时层间耦合、双轴应变和外加电场可以灵活地调整XSe/WSiNvd WHs的能带对齐类型。我们的结果表明了XSe/WSiNvd WHs在光电子器件中的巨大应用潜力。（2）研究了界面类型对Janus Al Ga STe和WSiN形成的vd WHs的电子结构和载流子迁移率的影响。结果表明Te/WSiN（Al Ga STe/WSiN）界面vd WH表现为直接带隙为1.47 e V的type-Ⅰ能带对齐,S/WSiN（Al Ga Te S/WSiN）界面vd WH是直接带隙为0.88 e V的type-Ⅱ能带对齐。而且两种界面vd WHs沿y方向的电子载流子迁移率已经处于10～4数量级,要远优于孤立单层。此外,外加电场和双轴应变可以灵活地调整电子结构,使得Al Ga STe/WSiN和Al Ga Te S/WSiNvd WHs的能带结构在type-Ⅰ和type-Ⅱ能带对齐、直接带隙和间接带隙之间变化。我们的结果表明Al Ga STe/WSiN和Al Ga Te S/WSiNvd WHs在光电子器件中具有很大的应用潜力。（3）研究了由Janus Te AlS和Te GaS单层形成的vd WHs的界面相关的电学和光学性质。研究表明所有界面vd WHs均表现为type-Ⅱ能带对齐,S/Te和Te/Te界面vd WHs为间接带隙半导体,而S/S和Te/S界面vd WHs为直接带隙半导体。同时S/Te和Te/Te界面vd WHs都可以在原始条件下对水的分解提供合适的光催化性能。通过施加双轴应变,可以使S/S和Te/S vd WHs满足光催化分解水的条件,提高S/Te和Te/Te vd WHs的催化效率,同时也提高了vd WHs的功率转换效率（PCE）。基于GW+BSE方程,不同的界面vd WHs表现出不同的层内或层间激子效应。研究表明界面类型对Te GaS/Te AlS vd WHs的电学和光学性质有很大的影响,可以对光电子器件等领域的发展提供重要理论指导。

关键词：二维材料范德瓦尔斯异质结载流子迁移率外加电场双轴应变

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二维范德瓦尔斯异质结光学与电学性质研究

二维范德瓦尔斯异质结光学与电学性质研究

作者：魏金磊江南大学

学位级别：硕士

二维半导体纳米材料因其较大的表面积和独特的电子性质而具有广泛的应用价值,并在过去的几十年里不断受到研究人员的青睐。研究人员发现二维材料在自旋电子学、光电子学、场效应管、探测器、传感器、量子器件、太阳能电池等众多科学领... 详细信息

二维半导体纳米材料因其较大的表面积和独特的电子性质而具有广泛的应用价值,并在过去的几十年里不断受到研究人员的青睐。研究人员发现二维材料在自旋电子学、光电子学、场效应管、探测器、传感器、量子器件、太阳能电池等众多科学领域均有着较大的应用价值。在进一步探索二维材料的新特性的进程中,超薄的二维范德瓦尔斯异质结构及其器件的研究受到青睐。这些不同二维材料以层间微弱的范德华力相互作用形成的范德瓦尔斯异质结显示出远远超过其单组分的新特性。本论文的主要研究成果如下:1.在双管式炉加热化学气相沉积(CVD)系统中使用基底反扣法制备二硫化钼(MoS)时,通过改变前驱体坩埚的尺寸(长度与宽度)来制备MoS薄片。实验分析表明这些坩埚的几何形显著影响实验的成功进行以及所制备的MoS晶体的化学结构和形貌尺寸。较长且宽度适中的船形坩埚能为化学反应的进行提供相对稳定的气流和沉积压强,进而生长出具有规则形状和表面均匀的层状MoS晶体。而长度较短的坩埚不利于载流气体携带蒸发的硫原子进入反应区域。我们分析得出船型坩埚尺寸的变化可以在很大程度上改变坩埚中的气体流速,引起沉积压强的改变,直接影响晶体表面形貌的生长以及多层的生长。这项工作提供了一种基于CVD的可行且简便的生长调控方法,以生产高质量的单层MoS晶体,用于单层,多层或异质结晶体管,光电器件和传感器等领域的科学研究。2.利用密度泛函理论研究了基于硼烯和二硫化钼的堆叠异质结的电子和光学性质。发现不同的1/6空位硼烯β和MoS的堆叠可以通过层间范德华力诱导不同的电子性质。外部电场可以调整异质结的肖特基接触类型。与MoS相比,堆叠的异质结扩大了光响应的范围。这表明堆叠改变了单层MoS的电子和光学特性,并且外部电场引起了改变的肖特基接触类型,从而为设计具有可调肖特基接触和良好光学特性的光电器件提供了一种方法。3.基于密度泛函理论研究了δ硼烯分别和MoS以及WSe构建的四个范德瓦尔斯异质结的电子结构与光学性质。相同材料的不同堆叠方式造成的层间原子的范德瓦尔斯力的不同对其层间的距离产生明显的差距。电子间的相互作用以及轻微的杂化也使得它们的能带结构,投影态密度以及肖特基接触类型的不同。它们表现的电子结构表明其运用于电子器件的可能性。在光学性质上,四种范德瓦尔斯异质结的光导率相比于单层的过渡金属硫属化物均向低能量偏移,且响应范围和强度均增强。本工作通过第一性原理的计算提供了它们在电学和光学的部分性质,为实验的制备提供了理论的参考。

关键词：二硫化钼二硒化钨硼烯范德瓦尔斯异质结化学气相沉积第一性原理

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石墨烯及范德瓦尔斯异质结的分子束外延生长

石墨烯及范德瓦尔斯异质结的分子束外延生长

作者：于亚运国防科学技术大学

学位级别：硕士

石墨烯一种由单层碳原子sp2杂化形成的蜂窝状纳米材料,具有独特的能带结构,优异的物理性质和广泛的应用前景。石墨烯2004年的首次发现,引发了二维材料领域的研究热潮。将单独的二维材料原子层按照设计的顺序一层一层的组装起来,可以形... 详细信息

石墨烯一种由单层碳原子sp2杂化形成的蜂窝状纳米材料,具有独特的能带结构,优异的物理性质和广泛的应用前景。石墨烯2004年的首次发现,引发了二维材料领域的研究热潮。将单独的二维材料原子层按照设计的顺序一层一层的组装起来,可以形成范德瓦尔斯异质结。范德瓦尔斯异质结表现出了明显优于单独的二维材料的性能,但如何可控制备高质量的范德瓦尔斯异质结,仍是该领域研究的难点。本论文主要围绕石墨烯及范德瓦尔斯异质结的分子束外延生长及性能表征展开,利用超高真空分子束外延—X射线光电子能谱仪—扫描隧道显微镜(UHV MBE-XPS-STM)联合系统,开展了以下工作:1.分别在金属Ru(0001)基底和半导体6H-SiC(0001)基底上外延生长石墨烯,获得了连续的高质量的石墨烯薄膜。原位的STM表征显示了石墨烯平整的表面形貌和完美的晶体结构。2.以6H-SiC(0001)上外延的石墨烯作为衬底,进行了BiSe、BiTe3、MoSe2、MoTe2四种材料的分子束外延生长,从而直接构建了范德瓦尔斯异质结;结合原位的STM和XPS,我们给出了外延薄膜表面形貌、晶体结构和化学信息。其中,我们通过MBE生长的方式,首次制备出高质量的MoTe薄膜,并观察到1T’相的原子分辨以及新奇的周期性结构。

关键词：石墨烯范德瓦尔斯异质结分子束外延扫描隧道显微镜 X射线光电子能谱

基于Ti3C2X2/MoS2范德瓦尔斯异质结的离子门控型类突触场效应管

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基于Ti3C2X2/MoS2范德瓦尔斯异质结的离子门控型类突触场效应管

作者：吕晋也南京理工大学

学位级别：硕士

离子门控型类突触场效应管是众多类突触器件中的一种,具有较大的电流电压滞回窗口,工作原理与神经突触相类似,因此被广泛研究。但离子门控型类突触场效应管存在枝晶生长引起的低稳定性以及离子自发扩散导致的高静态功耗的问题。因此本... 详细信息

离子门控型类突触场效应管是众多类突触器件中的一种,具有较大的电流电压滞回窗口,工作原理与神经突触相类似,因此被广泛研究。但离子门控型类突触场效应管存在枝晶生长引起的低稳定性以及离子自发扩散导致的高静态功耗的问题。因此本文提出了基于TiCX/MoS(X=F,OH,O)范德瓦尔斯异质结的离子门控型类突触场效应管。其中二维材料MoS作为沟道材料,TiCX作为中间层材料以提高场效应管的稳定性并降低其静态功耗。本文的主要工作分为以下两部分。本文工作的第一部分以第一性原理计算方法为基础,对TiCX/MoS范德瓦尔斯异质结的性质进行了分析。分析表明不同基团吸附下的TiCX与MoS形成的范德瓦尔斯异质结的肖特基势垒高度差别较大,其中TiCO/MoS范德瓦尔斯异质结具有最高的肖特基势垒。本文工作的第二部分为基于TiCX/MoS范德瓦尔斯异质结的离子门控型类突触场效应管的研究。通过计算电子隧穿概率,得到TiCO/MoS异质结抑制电子隧穿的效果最好。同时计算了锂离子穿越中间层TiCO的能量势垒以及锂离子的隧穿概率,计算结果表示TiCO可以很好的抑制锂离子在沟道材料上表面的聚集。以上两种特性可以有效的抑制枝晶的生成,提高场效应管的稳定性。最后我们将场效应管应用于神经元编码模型中进行功耗分析,分析结果表明中间层TiCO的加入使得场效应管在工作过程中总静态功耗下降了17.8%,总功耗下降了14.3%。本文提出了基于TiCX/MoS范德瓦尔斯异质结的离子门控型类突触场效应管,其具有高稳定性和低静态功耗的特性,在类脑芯片的设计中有潜在的应用价值。

关键词：范德瓦尔斯异质结类突触场效应管二维材料第一性原理计算

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石墨烯基范德瓦尔斯异质结的制备及表征

石墨烯基范德瓦尔斯异质结的制备及表征

作者：张悦厦门大学

学位级别：硕士

针对石墨烯基范德瓦尔斯异质结的新奇物性及其在半导体器件领域的应用需求,本论文在改进石墨烯转移工艺的基础上,进行了六边形单晶石墨烯的可控制备及形貌调控,继而研究了二硫化钼(MoS2)/石墨烯异质结的制备及光响应,主要研究成果为:在... 详细信息

针对石墨烯基范德瓦尔斯异质结的新奇物性及其在半导体器件领域的应用需求,本论文在改进石墨烯转移工艺的基础上,进行了六边形单晶石墨烯的可控制备及形貌调控,继而研究了二硫化钼(MoS2)/石墨烯异质结的制备及光响应,主要研究成果为:在利用化学气相沉积法生长石墨烯时,探索生长参数对制备的影响,向铜盒子中放入钼片以限制盒内碳浓度,成功制备出近百微米高质量六边形单晶石墨烯(hexagonal single-crystal graphene,HSCG)。在低压高温条件下,甲烷被裂解成碳原子,铜盒子内部的碳原子参与两个过程:一部分是与高溶碳量的金属钼反应,另一部分沉积在铜箔表面形成石墨烯。探究生长温度、退火时间、气体流量三个关键生长参数对生长单晶石墨烯的影响,制备出枝晶状、六角形、六边形三种形貌的石墨烯,确定单晶石墨烯的生长参数,该研究为生长HSCG提供一种新思路。利用自行设计的真空气相外延系统制备MoS2/石墨烯异质结,并对该异质结进行表征测试及光响应研究。发现MoS2在石墨烯上生长遵循严格的外延生长机制,可以用来标记石墨烯的晶界(grainboundaries,GBs)。石墨烯的G峰和2D峰在单层MoS2生长后显示出蓝移现象。注意到,在石墨烯表面生长的MoS2的光致发光猝灭非常明显,且MoS2/石墨烯GBs位置的光致发光峰向长波长移动。在没有偏压的情况下,成功捕获MoS2/单晶石墨烯异质结构中的光电流信号,该光响应归因于MoS2的高光吸收以及石墨烯的高载流子迁移率。通过直接制备MoS2/石墨烯异质结同时实现了对石墨烯GBs的标定以及光响应器件的制备,这些发现为基于二维材料异质结构的光电器件开发提供了一种新方法。

关键词：石墨烯二硫化钼范德瓦尔斯异质结可控制备