二维原子半导体的制备及其异质器件研究

摘要

近年来，二维原子材料一直备受关注，尤其是石墨烯，它优异的电学和光学性质，吸引了无数科学家对其在光电子器件应用上进行研究，但是石墨烯零禁带的缺点却严重制约了它在这方面的应用。为了解决这个问题，许多学者不断研究其它优异二维原子材料的制备方法及其应用，同时开始探索有效打开石墨烯带隙的方法。基于此，本文主要提出了两种性能出众的二维原子材料----碳化硅和二硫化钼的制备方法，指出了它们在光电探测器等光电器件领域的应用前景，探索了利用硅掺杂的方式来打开石墨烯带隙的方法。
　　本研究主要内容包括：⑴研究了利用硅片和甲烷在高温下反应宏量制备二维超薄碳化硅的方法，得到的二维碳化硅产物尺寸为2μm左右，厚度达到2-3nm，为合成二维碳化硅材料提供了一个新思路。⑵利用液态硅源实现了对石墨烯的有效硅掺杂，提出了一种硅掺杂石墨烯的新方法，同时，在反应过程中，由于液态硅源与石墨烯能够充分接触混合，使得合成大面积硅掺杂石墨烯的反应更加充足。在利用化学气相沉积法制备硅掺杂石墨烯的过程中，通过改变硅烷与甲烷的比例和反应时间，分析不同的金属作为衬底对反应的影响，发现坦金属是一种极具潜力的硅掺杂石墨烯的生长衬底。⑶采用化学气相沉积法制备出大面积的薄层和单层的二硫化钼，并利用二硫化钼/氮化镓异质结制备了一种性能优异的宽频谱光电探测器，对245nm波长的入射光其响应度和探测度分别可以达到10A/W和3.8×1010cm·Hz1/2/W，并对其他波段也有很好的响应性能，说明了二硫化钼在高响应的宽频谱光电探测器应用领域有很大的发展潜力。

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致谢

第一章 绪论

1.1 二维原子材料简介

1.2 二维原子材料的应用

1.3 光电探测器的工作原理

1.4 本文的主要研究内容

2.1 二维原子半导体的制备方法

2.2 实验设备

2.3 器件的基本制备工艺

2.4 二维原子材料的表征方法

2.5 二维原子半导体异质结和光电器件的表征

2.6 本章小结

3.1 研究背景

3.2 超薄二维碳化硅的实验研究

3.3 本章小结

4.1 研究背景

4.2 利用液态硅源制备硅掺杂石墨烯的实验研究

4.3 利用CVD法制备硅掺杂石墨烯的实验研究

4.4 本章小结

5.1 研究背景

5.2 薄层和单层二硫化钼的制备

5.3 基于二硫化钼/氮化镓异质结光电探测器的应用

5.4 本章小结

6.1总结

6.2展望

参考文献

作者简介

攻读学位期间取得的科研成果