【摘 要】
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二维过渡金属硫族化物的二维异质结由于原子尺度的厚度和独特的物理性质,使不同特性的二维材料形成优势互补,丰富了二维材料性能,在下一代电子和光电子领域具有巨大的应用潜力。二维异质结通过连接方式可以分为面内异质结和横向异质结。然而,二维异质结在制备和性能研究等方面还面临着诸多挑战,主要的问题是:如何获得纯净的接近本征二维异质结的材料,通过化学构筑如何精确控制不同成分的晶体成核生长位置,二维异质结构的组成
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二维过渡金属硫族化物的二维异质结由于原子尺度的厚度和独特的物理性质,使不同特性的二维材料形成优势互补,丰富了二维材料性能,在下一代电子和光电子领域具有巨大的应用潜力。二维异质结通过连接方式可以分为面内异质结和横向异质结。然而,二维异质结在制备和性能研究等方面还面临着诸多挑战,主要的问题是:如何获得纯净的接近本征二维异质结的材料,通过化学构筑如何精确控制不同成分的晶体成核生长位置,二维异质结构的组成对电学运输性质有哪些影响,面内异质结和垂直异质结中电荷是如何转移的。本论文通过CVD制备异质结的方法,提出通过构筑一种核壳结构的前驱体来一炉制备出垂直或横向异质结方法。通过以WS2/MoS2制备为例,探究了这种方法的可行性和可靠性。本论文包括以下三个部分:1.探究究了WOx/MoOx核壳结构前驱体的制备工艺。通过热蒸发法和电化学沉积相结合的方法制备WOx/MoOx核壳结构前驱体。使用真空蒸发系统在碳布基底上生长出具有不同形貌的WOx纳米线,并通过SEM测试对比不同生长温度、保温时间和氧含量得到的样品形貌,获得适合做前驱体的氧化钨纳米线最优合成条件和参数。以碳布为基底在氧化钨纳米线上沉积了一定厚度的MoOx非晶层,形成了WOx/MoOx核壳结构前驱体,并通过XRD、XPS、HRTEM等表征手段对这一结构进行表征。2.WS2/MoS2垂直异质结的可控制备及其生长机理和性能探究。利用CVD法一炉成功制备WS2/MoS2垂直异质结,并探究了异质结生长温度、保温时间等生长条件对垂直异质结制备的影响。并通过多种表征手段来说明通过此方法合成的是WS2/MoS2垂直异质结而不是合金,生长出的异质结具有较高的结晶度,探究了电荷在界面处的转移过程。制作了WS2/MoS2垂直异质结场效应晶体管,展示了异质结材料在高性能器件的发展潜力。3.WS2/MoS2横向异质结的可控制备及其性能探究。利用CVD法成功制备出WS2/MoS2横向异质结,并使用多种表征手段来说明横向异质结的良好的结晶性和结构组成,通过泵浦探测技术研究了WS2/MoS2横向异质结的超快动力学过程,探究横向异质结内的电荷转移过程。
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