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作者：刘春明吉林大学

学位级别：硕士

在石墨烯被报道其内部含有独特的层状结构以后,具有类似结构的IV-VI族二维层状半导体材料吸引了人们广泛的研究兴趣。硫化亚锡(Sn S)作为IVVI族化合物中极具代表性的半导体材料之一,引发了科学家们的研究热潮。本文选取应用直流电弧等... 详细信息

在石墨烯被报道其内部含有独特的层状结构以后,具有类似结构的IV-VI族二维层状半导体材料吸引了人们广泛的研究兴趣。硫化亚锡(Sn S)作为IVVI族化合物中极具代表性的半导体材料之一,引发了科学家们的研究热潮。本文选取应用直流电弧等离子体放电方法合成的少层Sn S纳米片作为研究对象,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品在常压时的结构和形貌进行了表征。通过对其高压原位拉曼光谱(Raman spectroscopy)和高压同步辐射X射线衍射光谱的分析,研究了Sn S纳米片在高压下的结构性质。通过高压原位室温电阻率、高压原位变温电阻率以及高压原位Hall效应的测量,对其在高压下的电输运性质进行了系统的研究。探索压力对Sn S纳米片结构及电输运性质的调控作用。具体的研究成果如下:1、我们通过直流电弧等离子体放电方法成功合成了少层Sn S纳米片。利用SEM和TEM对Sn S纳米片的形貌进行了表征,得知Sn S纳米片样品的平均长度和宽度为400-500nm,平均厚度为20-30nm。利用X射线衍射技术对其常压结构进行了表征,结果表明Sn S纳米片为正交结构具有Pnma对称性的单晶粉末样品。通过对其高压原位拉曼光谱及高压原位同步辐射X射线衍射光谱的分析,发现Sn S纳米片在3.0GPa时发生压致正交结构(Pnma)→正交结构(Cmcm)的二阶连续等结构相变,在13.0GPa时发生由正交结构(Cmcm)→单斜结构(P21/C)的一阶结构相变。2、通过高压原位直流电阻率实验,我们发现在整个压力范围内Sn S纳米片电阻率随压力增加而减小。在3.0GPa和12.0GPa处,Sn S纳米片电阻值均发生不连续变化,我们把两次不连续变化归因于结构相变。值得注意的是,相比于体材料Sn S(相变压力点约为12.6GPa和18.2GPa),Sn S纳米片两次相变的压力点均提前了,其中第一个相变压力点提前9.6GPa,第二个相转变压力点提前6.2GPa。结构相转变的差异可以归因于Sn S纳米片微观尺寸效应以及其层状形貌所具有的特殊表面和界面结构。卸压后Sn S纳米片电阻率基本恢复到原来的数量级,说明其相变过程是可逆的。过高压原位霍尔效应测量系统研究了压力对Sn S纳米片样品电输运性质的影响。霍尔系数(RH)始终为正值,这表明在整个压力区间内Sn S纳米片中起主要传导作用的载流子是空穴。电输运参数如电阻率、霍尔系数、载流子浓度和载流子迁移率等在3.0GPa和12.4GPa左右都发生了明显的不连续变化,这些变化归因于结构相变。3、通过高压原位变温电阻率测量实验,通过数据分析得出Sn S纳米片在常压到7.0GPa电阻率随温度的升高呈下降趋势,可判断在此压力区间内Sn S纳米片表现为明显的半导体特性。到8.0GPa时,Sn S纳米片的电阻率随着温度的升高呈上升趋势,表现为金属特性。对比霍尔效应测量结果,我们发现该金属或半金属相为“坏金属”,以空穴导电为主。我们给出了半导体Sn S纳米片的激活能随压力的依赖关系来反映其杂质能级随压力变化情况。此外,我们还发现:与Sn S体材料数据对比,Sn S纳米片金属化相变点也提前2.3GPa,在高压下展示出极强的尺度效应。

关键词： sns纳米片高压结构相变电输运性质尺度效应

二维sns与sns2纳米片的制备及其光电性能

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二维SnS与SnS2纳米片的制备及其光电性能

作者：董澳迪河南师范大学

学位级别：硕士

二维金属硫族化合物具有新颖的电、光、磁、热特性,在超薄、透明、高集成度的光电子器件领域具有巨大的应用潜力。在二维材料及相关器件的研发中,探索新型的二维材料以及对其性质的探究是非常重要的研究方向,在此基础上开发新型器件将... 详细信息

二维金属硫族化合物具有新颖的电、光、磁、热特性,在超薄、透明、高集成度的光电子器件领域具有巨大的应用潜力。在二维材料及相关器件的研发中,探索新型的二维材料以及对其性质的探究是非常重要的研究方向,在此基础上开发新型器件将促进二维材料的实际应用。本文系统的研究了二维sns与sns的生长工艺参数对材料光电性能的影响,主要研究结果分为以下两大部分:sns是一种高度各向异性的硫族化合物,在偏振检测方面具有潜在的光学应用。本文我们展示了一种新型的低成本制备方法,可直接在PET基材上制备出sns纳米薄片,使sns的宏量制备成为可能。此外,本文获得了基于PET的柔性sns光电探测器,它具有波长在355 nm至1550 nm范围内的宽光谱响应特性,在355 nm紫外光照射下,光响应度和探测率分别达到了1.28×10 A W和3.02×10Jones。另外,此器件还具有出色的近红外光检测性能,对1550 nm的光进行检测,光响应度可达69 A W。该方法为柔性宽光谱光电器件的未来商业化应用铺平了道路。sns是一种新型的IV族金属硫化合物,通过对基材、基材位置的优化选择,我们提出了一种在二氧化硅基材上大规模制备具有单晶性的sns纳米片的合成方法。电输运研究发现sns具有n型半导体输运现象,其室温电子迁移率约为0.024 cmVs、开/关电流比为3×10;并且sns在405 nm、450 nm与532 nm波长的辐照下表现优异的响应特性,其中在405 nm波长的辐射光照射下,光响应度R为491 m A W,外量子效率EQE为43%,灵敏度D*为7×10 Jones,具有良好的重复性与稳定性。

关键词：二维材料的制备 sns纳米片 sns2纳米片各向异性场效应晶体管柔性光探测器

盐辅助化学气相沉积法制备硫化亚锡纳米片及其在忆阻器中的应用

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盐辅助化学气相沉积法制备硫化亚锡纳米片及其在忆阻器中的应用

作者：魏子健河南农业大学

学位级别：硕士

近年来,随着传统硅基半导体材料的发展陷入瓶颈,人们迫切需要一种能够替代传统硅基半导体的新型材料。二维半导体材料由于其特殊的结构而具有优秀的机械延展性、可调节的能带结构、卓越的光电效应和极小的尺寸,因此在柔性器件、光电转... 详细信息

近年来,随着传统硅基半导体材料的发展陷入瓶颈,人们迫切需要一种能够替代传统硅基半导体的新型材料。二维半导体材料由于其特殊的结构而具有优秀的机械延展性、可调节的能带结构、卓越的光电效应和极小的尺寸,因此在柔性器件、光电转换、催化储能和微电子器件等领域备受瞩目,其有可能成为可以替代传统半导体的材料之一。作为二维半导体材料的一种,sns无毒、无污染且化学性质稳定,构成元素Sn和S在自然界储量丰富,相较于Mo S、WS、Cd S等常见的金属二维材料,更加经济实惠,因此,二维sns材料近年来逐渐引起人们的关注,已广泛用于光伏电池,太阳能电池等各个领域。本论文通过化学气相沉积法(Chemical vapor deposition,CVD)和盐辅助化学气相沉积法(Salt-assisted chemical vapor deposition,SA-CVD)生长sns纳米片,并通过正交实验和对比实验探究制备sns纳米片的最佳参数,通过转移二维材料和电极的方法来制备了Ag/sns/Au垂直忆阻器,并进行了性能检测。主要研究内容如下:(1)通过设计正交实验法探究实验参数研究了加热温度、保温时间、气体流速和衬底至前驱体距离对sns纳米片生长的影响。用光学显微镜、扫描电镜和原子力显微镜表征所得产物的形貌,用能谱分析材料试样成分,用XRD研究试样结构。分析不同参数下sns纳米片的生长情况。通过对结果进行量化分析,计算出不同参数对于最终产物形貌和性能的影响,得出用CVD工艺制备sns纳米片的最优参数。(2)通过添加盐辅助剂KCl进一步优化CVD工艺。实验对比了多种添加辅助剂的方法。结果表明:用加热蒸发的方法可以使辅助剂KCl稳定、干净、均匀地附着在基底上。通过对比法,使用OM和SEM等表征方法,分析了KCl的用量对于sns纳米片形貌和性能的影响,优化了KCl的用量。在此基础上,进一步对CVD工艺进行优化,结论如下:加热温度为650℃、保温时间1 min、sns添加量为0.02 g、载气流量为80 sccm、距离为5 mm的条件下,生成的sns纳米片面积最大,在基底上分布均匀,且正面占比高,很适合转移后作忆阻器。(3)研究了使用聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)转移二维材料的办法,并通过干法转移制备了Ag/sns/Au的垂直忆阻器,对忆阻器性能进行了测试,结果发现其V电压位于2V附近,V电压位于-4V～-1V,LRS和HRS分别位于10Ω和10Ω,且具有较好的电阻保持特性。

关键词：二维材料 sns纳米片忆阻器盐辅助化学气相沉积法

基于硫醇盐热解法的微纳功能材料制备与光学/光电性能的研究

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基于硫醇盐热解法的微纳功能材料制备与光学/光电性能的研究

作者：冷德辉江苏大学

学位级别：硕士

金属硫醇盐[(MSR),n=1,2,3,R为烷烃基团]热解法作为一种简单便捷的实验方法,在制备金属单质、二元/三元金属硫化物中发挥着重要作用。在(MSR)热解反应中,可以通过调节反应条件实现M-S键和C-S键的选择性断裂,进而控制所得产物的化学组成... 详细信息

金属硫醇盐[(MSR),n=1,2,3,R为烷烃基团]热解法作为一种简单便捷的实验方法,在制备金属单质、二元/三元金属硫化物中发挥着重要作用。在(MSR)热解反应中,可以通过调节反应条件实现M-S键和C-S键的选择性断裂,进而控制所得产物的化学组成,即选择性生成金属单质或金属硫化物。此外,金属硫醇盐的二维层状结构,还可以作为制备金属或金属硫化物二维纳米片的化学模板。尽管硫醇盐热解法制备金属单质、二元/三元金属硫化物,目前已有较多报道,但仍缺少对铋(Bi)纳米颗粒大小与单分散性的控制、局域表面等离子体共振特性(LSPR)的系统研究,特别是针对层状结晶Sn、Sb硫醇盐的合成以及热分解特性的研究,目前尚未有报道。本论文基于硫醇盐热解过程,分别制备了Bi纳米颗粒、sns纳米片和SbS微米棒,并评估了它们的光学/光电性能。具体内容如下:1.使用硝酸铋[Bi(NO)]和十二硫醇(CHSH)在温度为180℃左右于氩气气氛下合成了近单分散的Bi纳米颗粒,对其尺寸可控的溶液合成、LSPR光学性质的尺寸依赖性、近单分散球形Bi NPs的氧化行为以及氧化过程中获得的BiONPs的多型体结构转变进行了全面研究。探究并发现十二硫醇铋[Bi(SCH)]分子中间体的形成和突然热分解在控制Bi NPs的尺寸和尺寸分布方面起到的关键作用。最后对BiO NPs的物相控制和光催化性能进行了对比研究和分析,得出β-BiO具有良好的光催化活性的结论。2.在油胺-硫醇液相反应体系中,首次以十二硫醇/十六硫醇为硫源合成了正交相sns纳米片。探究了该实验的反应过程,提取了中间体十二硫醇锡(Ⅱ)[Sn(SCH)]/十六硫醇锡(Ⅱ)[Sn(SCH)]以及表征与分析了热分解后产物的晶体物相、化学成分、元素表面化学态、光学吸收和光电性能。实验中发现,油胺的引入有利于断裂C-S,从而生成sns,而非单质Sn。测算了sns产物的带隙约为1.19 e V,属于窄带隙半导体。光电性能测试表明,合成的产物在白光或者全光下拥有良好的光响应性与稳定性。3.在探索实验的过程中,我们发现上述的实验方案同样适用于合成其它的金属硫化物。因此,首次以十二硫醇作为硫源,在油胺存在下合成了SbS微米棒,但是发现难以提取其中间体产物十二硫醇锑[Sb(SCH)]。故此,我们又探索十六硫醇为硫源,成功合成了SbS微米棒,并离心首次提取出中间产物十六硫醇锑[Sb(SCH)]。最后对合成的产物进行了一系列的表征并系统测试了SbS微米棒的光电性能。

关键词：硫醇盐热解铋纳米颗粒 LSPR sns纳米片 Sb2S3纳米棒光学/光电性能