二维材料异质结的能带结构及性能研究

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1、中文图书分类号：TB34密级：公开UDC：620学校代码：10005硕士专业学位论文PROFESSIONALMASTERDISSERTATION论文题目：二维材料异质结的能带结构及性能研究论文作者：申高亮专业类别／领域：材料工程指导教师：张永哲教授李扩社高工论文提交日期：2018年5月UDC：620学校代码：10005中文图书分类号：TB34学号：S201509109密级：公开北京工业大学硕士专业学位论文（全日制）题目：二维材料异质结的能带结构及性能研究英文题目：STUDYONENERGYBANDST

2、RUCTUREANDPROPERTIESOFTWO-DIMENSIONALMATERIALHETEROSTRUCTURES论文作者：申高亮专业类别／领域：材料工程研究方向：二维材料与器件申请学位：工程硕士专业学位指导教师：张永哲教授李扩社高工所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获

3、得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：申高亮日期：2018年6月15日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：申高亮日期：2018年6月15日导师签名：张永哲日期：2018年6月15日摘要摘要近

4、些年来，二维材料由于具有一些独特的物理和化学特性，如超高的载流子迁移率、带隙可以调控、机械强度高等，受到很多研究者的关注。过渡金属硫族化合物(TMDCs)因为其本征带隙、强的光与物质相互作用等特性，可以通过任意方向堆叠不同的二维材料组成范德瓦耳斯异质结，使得这些二维材料相互弥补不足并发挥优势，逐渐兴起范德瓦耳斯异质结的研究。相比于传统的半导体异质结，范德瓦耳斯异质结不考虑晶格失配和热失配问题，表面没有悬挂键，易于通过范德瓦耳斯力形成异质结，制备方法简单。石墨烯材料是没有带隙的，具有超高的载流子迁移率、

5、费米能级随栅压可调等性能，狄拉克锥形状的能带结构，使其在光电子器件领域有很好的潜力。人们又发现在过渡金属硫族化合物中硫化钼材料属于N型半导体，硒化钨材料属于P型半导体，具有很多新颖的物理现象。故二维石墨烯/硫化钼异质结、石墨烯/硒化钨异质结是最典型的两种代表。综上分析，本文重点研究了石墨烯、硫化钼、硒化钨及相应异质结的能带结构和电学性质。主要内容包括：1．首先研究了石墨烯的机械剥离技术，成功剥离出大面积，高质量的单层石墨烯。在常压下，采用化学气相沉积法(CVD)直接在氧化硅上生长出单层二硫化钼。然后，

6、采用定点转移将石墨烯转移到二硫化钼上形成石墨烯/二硫化钼垂直异质结。从单层石墨烯改善二维材料异质结电接触的方面出发，利用开尔文探针力显微镜(KPFM)原位测试石墨烯/二硫化钼的能带结构，观察到较低的肖特基势垒为0.1eV，退火后，肖特基势垒进一步降低至0.079eV。并对异质结器件测试电学性能，电流变大1个量级，验证石墨烯改善了异质结的电接触，提高二维材料场效应晶体管器件性能。2．通过机械剥离石墨烯和二硒化钨，定点转移制备出石墨烯/二硒化钨垂直异质结。单层石墨烯的费米能级通过外加栅压可调，研究进一步调

7、控石墨烯/二硒化钨异质结之间的肖特基势垒高度，为二维材料异质结电学性能提供指导。3．采用化学气相沉积法生长石墨烯/二硫化钼、石墨烯/二硫化钼/石墨烯等面内异质结，实现了二维材料平面异质结的可控制备，具有暗电流pA量级、低功耗、电流开关比高达107。采用开尔文探针力显微镜、拉曼光谱及场效应晶体管测试，系统研究其二维材料异质结的能带结构、电学性质等。证明二维材料异质结在光电子领域有很大的应用潜力。I北京工业大学工程硕士专业学位论文关键词：异质结；石墨烯；二硫化钼；二硒化钨；能带结构IIAbstractAb

8、stractInrecentyears,two-dimensionalmaterialhavesomeuniquephysicalandchemicalproperties,Suchasultra-highcarriermobility,bandgapcanbecontrolled,highmechanicalstrengthandsoon,receivetheattentionofmanyresearchers.Transitionmetalchalc