1、1二維半導(dǎo)體材料光電性質(zhì)研究答辯人：楊圣雪 合作導(dǎo)師：李樹(shù)深院士 李京波研究員 答辯時(shí)間：2015-05-142第一章 二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述第二章 高效少層鉬摻硒化錸納米片光探測(cè)器第三章 高效少層硫化鎵光探測(cè)器第四章 硒化錸納米片場(chǎng)效應(yīng)管第五章 雙層硫化鉬氣相生長(zhǎng)與堆積研究第六章 硒化錸褶皺性質(zhì)研究主要內(nèi)容3第一章 二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述第二章 高效少層鉬摻硒化錸納米片光探測(cè)器第三章 高效少層硫化鎵光探測(cè)器第四章 硒化錸納米片場(chǎng)效應(yīng)管第五章 雙層硫化鉬氣相生長(zhǎng)與堆積研究第六章 硒化錸褶皺性質(zhì)研究主要內(nèi)容4第一章 二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述前言二維層狀材料合成電子結(jié)構(gòu)電輸運(yùn)

2、及器件自旋、軌道和谷的相互作用分子傳感未來(lái)發(fā)展工作簡(jiǎn)介5第一章二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述1.1 前言二維材料具有許多新奇的物理性質(zhì)，在納米電子和光電子領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用，二維材料層內(nèi)部由很強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，層間由較弱的范德瓦爾斯力相結(jié)合，易于剝離為單層。Ding, Y. et al. Physica B 406, 22542260 (2011).6第一章二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述1.2 二維材料的合成 1.2.1 自上而下的方法微機(jī)械剝離法：晶體質(zhì)量高，不易大量制備、控制厚度和尺寸離子插層法：?jiǎn)螌赢a(chǎn)量高，會(huì)改變?cè)Y(jié)構(gòu)和性質(zhì)電化學(xué)鋰化法：?jiǎn)螌赢a(chǎn)量高，比離子插層法剝離過(guò)程更快且更 易于控

3、制，對(duì)環(huán)境敏感超聲剝離法：對(duì)環(huán)境不敏感，單層產(chǎn)量低7第一章二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述1.2.2 自下而上的方法化學(xué)氣相沉積法水熱法外延生長(zhǎng)法Coleman, J.N. et al. Science 331, 568571 (2011).Lei, L. et al. Science 343, 163167 (2014).8第一章二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述1.3 電子結(jié)構(gòu)二維材料的電子能帶結(jié)構(gòu)可以決定材料的光物理性質(zhì)。根據(jù)第一性原理計(jì)算，部分二維材料的帶隙會(huì)隨著層數(shù)的改變而發(fā)生變化，如MoS2，當(dāng)由體材料轉(zhuǎn)變?yōu)閱螌硬牧蠒r(shí)，帶隙由間接轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯?，直接帶隙躍遷有許多重要的應(yīng)用，如光子學(xué)、光電子

4、學(xué)和傳感等。Kuc, A., Zibouche, N. & Heine, T, Phys. Rev. B 83, 245213 (2011).9第一章二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述1.4 電輸運(yùn)及器件 1.4.1 電子學(xué)材料 半導(dǎo)體材料的一個(gè)重要應(yīng)用就是數(shù)字電子器件中的晶體管。二維材料具有良好的加工性能且缺乏短溝道效應(yīng)，因此可以用于制備晶體管。對(duì)于新的電子材料來(lái)說(shuō)，要有一定尺寸的帶隙來(lái)支持高的開(kāi)關(guān)比，同時(shí)又要保持高的遷移率并且可以得到更小的尺寸。對(duì)于下一代電子器件來(lái)說(shuō)，柔性和透明也是必需的特性。10第一章二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述1.4.2 輸運(yùn)及散射機(jī)制（i）聲學(xué)和光學(xué)聲子散射；（ii）

5、電荷雜質(zhì)處的庫(kù)侖散射；（iii）表面界面聲子散射；（iv）粗糙度散射。這些散射機(jī)制影響遷移率的程度主要取決于層厚度、載流子密度、溫度、載流子有效質(zhì)量、電子能帶結(jié)構(gòu)和聲子結(jié)構(gòu)。載流子的遷移率主要受到以下散射機(jī)制的影響：11第一章二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述1.4.3 二維材料晶體管半導(dǎo)體二維過(guò)渡金屬硫化物具有獨(dú)特的性質(zhì)，如缺少懸鍵，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，遷移率高，因此它們可以作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的溝道材料。Radisavljevic, B., et al. Nature Nanotech. 6, 147150 (2011).12第一章二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述1.4.4 二維材料電子學(xué)發(fā)展方向高性能柔性

6、電子器件高電子遷移率晶體管異質(zhì)結(jié)構(gòu)或雜化器件Changhyun, P., et al. Nature Mater. 11, 795801 (2012).Geim, A. K., et al. Nature 499, 419425 (2013).13第一章二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述 1.4.5 光電子學(xué)光電子器件是一種可以產(chǎn)生光、檢測(cè)光、與光相互作用或控制光的電子器件。半導(dǎo)體二維層狀材料可以用于許多不同的光電子器件中，如激光器、發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池、光開(kāi)關(guān)、光探測(cè)器和顯示器等。Lopez-Sanchez, O. et al. Nature Nanotech. 8, 497501 (2013

7、).Bae, S. et al. Nature Nanotech. 5, 574578 (2010).14第一章二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述 1.4.6 光學(xué)和振動(dòng)性質(zhì)半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)可以影響其光學(xué)性質(zhì)，層數(shù)可以影響其振動(dòng)性質(zhì)。例如MoS2，帶隙由間接轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯拥倪^(guò)程以及帶隙能的增加可以通過(guò)觀察光電導(dǎo)、吸收光譜和光致發(fā)光的變化而得出，而層數(shù)對(duì)振動(dòng)性質(zhì)的影響可以通過(guò)拉曼光譜測(cè)得。Eda, G. et al. Nano Lett. 11, 51115116 (2011).Lee,H. S. et al. Nano Lett. 12, 36953700 (2012).15第一章二維層狀材料電子和光電

8、子學(xué)概述 1.4.7 柔性和透明光電子學(xué)在顯示和可穿戴等應(yīng)用中，需要各種各樣的透明和柔性組分，這些不同的功能需要結(jié)合具有不同性質(zhì)的二維材料。對(duì)于透明導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，石墨烯具有高的導(dǎo)電性和低的寬帶吸收，實(shí)現(xiàn)大面積生產(chǎn)以后，它可以用于替換當(dāng)前的主導(dǎo)材料-銦錫氧化物。Bae, S. et al. Nature Nanotech. 5, 574578 (2010).16第一章二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述 1.4.8 光伏以及光探測(cè)一些二維材料的帶隙位于可見(jiàn)光范圍內(nèi)，其功函和價(jià)帶、導(dǎo)帶邊與常用電極材料的功函非常兼容，因此可以用于光伏或光探測(cè)領(lǐng)域。Yin, Z. et al. ACS Nano 6, 7480

9、 (2012).17第一章二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述 1.4.9 光發(fā)射電致發(fā)光：光子是電刺激反應(yīng)發(fā)出的，應(yīng)用于如LEDs， 激光二極管光致發(fā)光：物質(zhì)吸收光子然后再輻射出一個(gè)光子，有時(shí) 光子能量不同。具有直接帶隙的單層半導(dǎo)體 材料，可以作為柔性光電器件中的理想活性 發(fā)光層材料。Zhao, W. et al. ACS Nano 7, 791 797 (2013).18第一章二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述 1.5 自旋、軌道和谷的相互作用Han, W., et al. Phys. Rev. Lett. 107, 047207(2011).Han, W. et al. Phys. Rev. Le

10、tt. 105, 167202 (2010).具有很強(qiáng)自旋劈裂的二維層狀材料可以應(yīng)用于自旋電子器件中。19第一章二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述 1.6 分子傳感應(yīng)用二維層狀材料具有大的表面-體積比，它們對(duì)于周?chē)h(huán)境的改變非常敏感，因此可以應(yīng)用于分子傳感領(lǐng)域。當(dāng)暴露于不同氣體中時(shí)，材料的電子轉(zhuǎn)移和摻雜、插層、介電常數(shù)以及晶格振動(dòng)都可能發(fā)生改變。Perkins, F. K. et al. Nano Lett. 13, 668673 (2013).20第一章 二維層狀材料電子學(xué)及光電子學(xué)概述 1.7 二維材料的未來(lái)發(fā)展在合成方面，需要尋找新的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)材料的大面積、大尺寸、高質(zhì)量、均勻性，并提升層數(shù)

11、控制方面的能力。在應(yīng)用方面，原子薄層的二維材料在納米電子和光電子領(lǐng)域都非常重要，可以作為邏輯晶體管的溝道材料，用于邏輯運(yùn)算集成電路中；可以用來(lái)制備高開(kāi)關(guān)比的場(chǎng)效應(yīng)管；可以用于柔性電子器件中；還可以用作化學(xué)或氣體傳感器等。21第一章二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述1.8 本文工作簡(jiǎn)介1.研究了氣體分子物理吸附對(duì)少層Mo:ReSe2納米片光探測(cè)器性質(zhì)的影響，在空氣和氨氣條件下對(duì)比了剝離器件和退火器件的光響應(yīng)，通過(guò)理論計(jì)算解釋光敏性提高的原因。2.制備了少層GaS兩終端光探測(cè)器，在氨氣、空氣和氧氣中分別對(duì)比了該光探測(cè)器的光響應(yīng)和外部量子效率，結(jié)合理論計(jì)算解釋不同光響應(yīng)產(chǎn)生的原因。3.研究了不同厚度Re

12、Se2納米片的帶隙及遷移率的性質(zhì)，同時(shí)測(cè)試了“光開(kāi)關(guān)”和“分子開(kāi)關(guān)”作用下，單層ReSe2場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能，結(jié)合理論計(jì)算解釋高光敏度的原因。22第一章二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述1.8 本文工作簡(jiǎn)介4.通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制備了雙層MoS2納米片，利用光學(xué)影像、拉曼光譜、光致發(fā)光光譜研究雙層MoS2納米片中存在的A-B和A-A兩種堆積，通過(guò)理論計(jì)算證實(shí)了實(shí)驗(yàn)中所觀察到的現(xiàn)象。5.利用局部應(yīng)力調(diào)控了ReSe2的磁學(xué)、光學(xué)、聲子和電學(xué)性質(zhì)。通過(guò)制備褶皺從而誘導(dǎo)局部應(yīng)力產(chǎn)生，因此可以調(diào)控光學(xué)帶隙而使光致發(fā)光峰紅移，提高發(fā)光，誘導(dǎo)磁性產(chǎn)生并調(diào)控電學(xué)性質(zhì)。23第一章 二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述第二

13、章 高效少層鉬摻硒化錸納米片光探測(cè)器第三章 高效少層硫化鎵光探測(cè)器第四章 硒化錸納米片場(chǎng)效應(yīng)管第五章 雙層硫化鉬氣相生長(zhǎng)與堆積研究第六章 硒化錸褶皺性質(zhì)研究主要內(nèi)容24第二章高效少層鉬摻硒化錸納米片光探測(cè)器2.1 前言 在這一章中，我們?cè)O(shè)計(jì)了少層Mo:ReSe2納米片光探測(cè)器。首先將少層Mo:ReSe2納米片剝離在SiO2Si襯底上，用于測(cè)試原子力顯微鏡以及拉曼光譜，之后將金電極沉積在樣品上來(lái)制備兩終端的光探測(cè)器。我們分別在空氣和氨氣環(huán)境下對(duì)比了剝離器件與退火器件的光敏性質(zhì)，得出，經(jīng)過(guò)一定溫度退火后，Mo:ReSe2納米片光探測(cè)器展現(xiàn)出了更高的光響應(yīng)與外部量子效率，并且該器件在氨氣環(huán)境下的性能

14、要比在空氣環(huán)境下更好，而且響應(yīng)時(shí)間也非常短。25第二章高效少層鉬摻硒化錸納米片光探測(cè)器2.2 光敏實(shí)驗(yàn)及分析圖1-1. （a）Mo:ReSe2納米片的俯視圖，（b）Mo:ReSe2納米片的側(cè)視圖，（c）少層Mo:ReSe2納米片的拉曼光譜，（d）原子力顯微影像。Mo:ReSe2為扭曲的1T結(jié)構(gòu)，由于晶體對(duì)稱(chēng)性較低，Mo:ReSe2的拉曼光譜比較復(fù)雜，在100300cm-1范圍內(nèi)，至少可以看到11個(gè)拉曼峰存在。由AFM測(cè)試可知，所得Mo:ReSe2納米片的厚度在4-5nm左右，對(duì)應(yīng)于層數(shù)為7-8層左右。26第二章高效少層鉬摻硒化錸納米片光探測(cè)器圖1-2. Mo:ReSe2納米片的能量色散X射線(xiàn)光

15、譜圖。27第二章高效少層鉬摻硒化錸納米片光探測(cè)器圖1-3. （a）器件工作示意圖，(b) 在不同外間環(huán)境下Mo:ReSe2納米片光探測(cè)器的電流-時(shí)間曲線(xiàn)和（c）電流-電壓曲線(xiàn)（光源波長(zhǎng)為633nm，光功率強(qiáng)度為20mW/cm2），兩個(gè)電極之間的偏壓保持在1V，（d）器件的多次循環(huán)測(cè)試，（e）和（f）為退火后的器件在氨氣環(huán)境中，633nm光的伏照下，光電流隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。對(duì)于剝離器件，在空氣環(huán)境中光電流增加約為2.2 A，在氨氣環(huán)境中，暗電流略微增加，光電流增加約為2.6 A。對(duì)于退火器件，在空氣環(huán)境下，光電流降低了0.5 A，在氨氣環(huán)境中，光電流增加到了約為4A，光開(kāi)關(guān)比為20。I-V曲線(xiàn)表

16、明器件為歐姆接觸。通過(guò)計(jì)算，該器件的時(shí)間參數(shù)tr和td分別為96ms和340ms。28第二章高效少層鉬摻硒化錸納米片光探測(cè)器圖1-4. 一個(gè)氨氣分子吸附在單層Mo:ReSe2納米片上。（a）吸附能隨氨氣分子中N原子與Mo:ReSe2分子中最頂端Re原子之間高度變化的曲線(xiàn)，內(nèi)部圖為穩(wěn)定的吸附構(gòu)型。（b）電荷密度差。紅色和藍(lán)色分別對(duì)應(yīng)電荷的積累和消耗。等電荷密度面為610-4 e/-3。箭頭所指示的方向?yàn)榘睔夥肿雍蚆o:ReSe2之間的電荷轉(zhuǎn)移方向。由于吸附能較小而且分離距離很大，所以氨氣分子與Mo:ReSe2單層之間為物理吸附。氨氣分子作為電荷供體可以為Mo:ReSe2單層提供約0.024e的電

17、子（每超胞），因此消耗了氨氣分子上的電荷。29第二章高效少層鉬摻硒化錸納米片光探測(cè)器圖1-5. (a) 在黑暗條件下，少層Mo:ReSe2納米片場(chǎng)效應(yīng)管在不同的柵壓（Vbg）作用下的輸出曲線(xiàn)（-1010V），少層Mo:ReSe2納米片場(chǎng)效應(yīng)管在1V源漏電壓（Vds）下的室溫轉(zhuǎn)移曲線(xiàn)。機(jī)械剝離的Mo:ReSe2納米片是一個(gè)n-型半導(dǎo)體材料，由于缺陷的存在，其本身?yè)碛写罅康淖杂呻娮?，吸附的氨氣可以進(jìn)一步將電子轉(zhuǎn)移給Mo:ReSe2納米片，增加了納米片的載流子密度，因此在氨氣中器件性質(zhì)比空氣中好。30第二章高效少層鉬摻硒化錸納米片光探測(cè)器圖1-6.氨氣分子吸附在單層Mo:ReSe2納米片的Se空位上

18、。（a）吸附構(gòu)型的俯視圖，（b）吸附構(gòu)型的側(cè)視圖，（c）電荷密度差的側(cè)視圖，（d）電荷密度差的俯視圖。紅色和藍(lán)色分別對(duì)應(yīng)著電荷的積累和消耗。等電荷密度面為6104 e/3。器件退火后產(chǎn)生空位缺陷，當(dāng)氨氣分子吸附在一個(gè)單個(gè)的Se空位時(shí)，由氨氣分子轉(zhuǎn)移到Mo:ReSe2單層上的電子增加為0.049e。因此，退火的器件在氨氣環(huán)境中展現(xiàn)出更好的光敏性質(zhì)。31第二章高效少層鉬摻硒化錸納米片光探測(cè)器光探測(cè)器R (AW-1) EQE (%)響應(yīng)時(shí)間單層 MoS2 17.510-350 ms石墨烯 351.010-36-16多層 MoS2 369.010-5石墨烯 376.110-31500GaS 納米片 2

19、04.2205030 ms我們的光探測(cè)器55.51089396 ms光響應(yīng)（R)和外部量子效率（EQE）是決定一個(gè)光電器件敏感度的兩個(gè)關(guān)鍵因素，它們代表著每單個(gè)入射光子產(chǎn)生光生載流子的能力。在633nm光照和1V偏壓作用下，計(jì)算所得的R和EQE分別為55.5AW-1和10893%。表1-1. 我們的器件與其他報(bào)道的二維材料光探測(cè)器的參數(shù)比較32第一章 二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述第二章 高效少層鉬摻硒化錸納米片光探測(cè)器第三章 高效少層硫化鎵光探測(cè)器第四章 硒化錸納米片場(chǎng)效應(yīng)管第五章 雙層硫化鉬氣相生長(zhǎng)與堆積研究第六章 硒化錸褶皺性質(zhì)研究主要內(nèi)容33第三章 高效少層硫化鎵光探測(cè)器3.1 前言

20、本章中，我們?cè)O(shè)計(jì)了少層GaS光探測(cè)器。首先將超薄GaS納米片剝離在SiO2Si襯底上，用于測(cè)試原子力顯微鏡以及拉曼光譜，之后將金電極沉積在樣品上來(lái)制備兩終端的光探測(cè)器。所得的GaS光探測(cè)器對(duì)于不同的氣體環(huán)境可以產(chǎn)生不同的光響應(yīng)。該探測(cè)器在氨氣環(huán)境中具有很高的電流開(kāi)關(guān)比、光響應(yīng)和外部量子效率（EQE），并且這些性能要比在空氣和氧氣環(huán)境中更好。光響應(yīng)時(shí)間約為10ms，并且經(jīng)過(guò)多次循環(huán)后，該探測(cè)器仍然非常穩(wěn)定。34第三章 高效少層硫化鎵光探測(cè)器3.2 結(jié)果與討論圖2-1.（a）GaS納米片的俯視結(jié)構(gòu)圖，（b）側(cè)視結(jié)構(gòu)圖，（c）超薄GaS納米片的原子力顯微鏡影像，（d）高度剖面圖，（e）器件的光學(xué)影像

21、圖，（f）器件的工作示意圖。GaS晶體由垂直堆積的、相互作用力非常弱的層所組成，一個(gè)單層的厚度約為7.5。由AFM測(cè)試可知超薄GaS納米片的厚度約為4.5nm，對(duì)應(yīng)于6層材料。我們由金絲掩膜法來(lái)制備金電極，首先用一根直徑為28m的金絲壓在樣品片中間，使樣品變?yōu)閮刹糠?，電極金屬蒸鍍以后，去掉金絲掩膜，即可得到溝道寬度為28m的器件。35第三章 高效少層硫化鎵光探測(cè)器3.2.1 拉曼分析圖2-2. （a）一階拉曼聲子模式的示意圖，（b）超薄GaS納米片和GaS體材料的拉曼光譜圖。 GaS體材料中有三個(gè)拉曼模量，分別是A11g(186.89 cm-1), E12g (288.91 cm-1), 和

22、A12g (368.37 cm-1)。少層GaS納米片室溫拉曼光譜模量的頻率變化分別為，A11g (183.41 cm-1), E12g (297.35 cm-1), 和 A12g (365.28 cm-1)。少層GaS納米片的E12g模頻率增加，而A11g和A12g模頻率都有所減少。36第三章 高效少層硫化鎵光探測(cè)器圖2-3. GaS納米片的能量色散X射線(xiàn)光譜圖。37第三章 高效少層硫化鎵光探測(cè)器3.2.2 能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算圖2-4.計(jì)算所得的GaS能帶結(jié)構(gòu) （a）體材料，（b）單層材料，（c）三層材料，（d）六層材料。GaS體材料的價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底分別位于點(diǎn)和M點(diǎn)，其間接帶隙為1.61 eV。當(dāng)

23、GaS發(fā)生維度改變時(shí)，價(jià)帶頂會(huì)沿著- K的方向輕微移動(dòng)，從單層到五層材料，價(jià)帶頂和點(diǎn)之間的能量差在0.11 eV范圍內(nèi)，而位于M點(diǎn)的導(dǎo)帶底卻未發(fā)生變化。對(duì)于單層GaS，帶隙為2.59 eV。38第三章 高效少層硫化鎵光探測(cè)器3.2.3 光敏性質(zhì)測(cè)試圖2-5.（a）在不同的氣體環(huán)境下，光探測(cè)器的I-t曲線(xiàn)圖，兩電極之間的外加偏壓為1V，（b）氨氣環(huán)境中，波長(zhǎng)為633nm的光交替照射下，光探測(cè)器的I-V曲線(xiàn)，其中光強(qiáng)為189.8W cm-2,(c)不同光強(qiáng)下的I-t 曲線(xiàn)，（d）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合曲線(xiàn)，（e）氨氣環(huán)境中，633nm光照射下，光電流隨時(shí)間響應(yīng)曲線(xiàn)，（f）氨氣中，1V偏壓下，重復(fù)的光開(kāi)關(guān)循環(huán)

24、曲線(xiàn)。在空氣環(huán)境下，暗電流約為1.5nA，在紅光照射下，光電流增加為28nA， 電流開(kāi)關(guān)比為18.6。在氨氣環(huán)境下，暗電流約為2nA，光照后，光電流增加為48nA，開(kāi)關(guān)比約為24。氧氣中，暗電流小于1nA，光照以后光電流增加到約7nA。在氨氣中,106.5到189.8W cm-2范圍內(nèi)，光電流線(xiàn)性正比于光強(qiáng)度。計(jì)算所得時(shí)間參數(shù)tr和td分別為13ms和10ms。39第三章 高效少層硫化鎵光探測(cè)器3.2.4 氣體吸附計(jì)算圖2-6.一個(gè)氣體分子吸附在單層GaS上。純的GaS與氣體分子之間的電荷密度差（a）吸附氧氣分子時(shí)，（b）吸附氨氣分子時(shí)。等電荷密度面為610-4 e/-3。棕色表示電荷積累，綠

25、色表示電荷消耗。氨氣分子或氧氣分子是物理吸附在GaS材料單層的Ga原子上的，且結(jié)合能分別為156.1 meV和102.55 meV。氨氣分子作為電荷供體可以為GaS單層提供約0.02e的電子，因此增加GaS單層的載流子密度，而氧氣作為電子受體可以接受來(lái)自GaS單層0.07e電子，所以氨氣環(huán)境中器件性質(zhì)高于空氣和氧氣環(huán)境。40第三章 高效少層硫化鎵光探測(cè)器3.2.4 氣體吸附計(jì)算當(dāng)氨氣分子吸附在一個(gè)單個(gè)的S空位時(shí)，由氨氣分子轉(zhuǎn)移到GaS單層上的電子增加為0.12e。S空位產(chǎn)生后，GaS的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，致使吸附能增加，氨氣分子與GaS單層之間的距離減小，并且使氨氣分子轉(zhuǎn)移給GaS單層的電荷數(shù)量增加

26、。退火可提高器件性能。圖2-7. 一個(gè)氨氣分子吸附在單層GaS的S空位處。41第三章 高效少層硫化鎵光探測(cè)器光探測(cè)器R (AW-1) EQE (%)響應(yīng)時(shí)間少層 MoS2 300.57s石墨烯 311.010-36-16單層石墨烯 328.61200 s少層 GaSe 片 332.813670.02 s超薄GaS光探測(cè)器64.431262110 ms根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算所得的R和EQE分別為64.43AW-1和12621%。我們的GaS納米片光探測(cè)器的光響應(yīng)比純的單層石墨烯和石墨烯納米帶要高，但是響應(yīng)時(shí)間要比石墨烯光探測(cè)器要低，并且石墨烯光探測(cè)器在常規(guī)條件下有更寬的光譜響應(yīng)范圍。表2-1.

27、 超薄GaS光探測(cè)器與其他二維材料光探測(cè)器的參數(shù)比較42第一章 二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述第二章 高效少層鉬摻硒化錸納米片光探測(cè)器第三章 高效少層硫化鎵光探測(cè)器第四章 硒化錸納米片場(chǎng)效應(yīng)管第五章 雙層硫化鉬氣相生長(zhǎng)與堆積研究第六章 硒化錸褶皺性質(zhì)研究主要內(nèi)容43第四章 硒化錸納米片場(chǎng)效應(yīng)管4.1 前言 在這一章中，我們制備了由單層和少層ReSe2納米片作為溝道的場(chǎng)效應(yīng)管。單層ReSe2場(chǎng)效應(yīng)管具有室溫下的p-型導(dǎo)電性，其遷移率為9.78cm2V-1s-1，這高于少層場(chǎng)效應(yīng)管的遷移率（0.1 cm2V-1s-1）。厚度的增加和帶隙的減少影響了少層ReSe2的低維電學(xué)性質(zhì)使得單層場(chǎng)效應(yīng)管的性質(zhì)

28、要高于少層。在紅光的作用下，單層場(chǎng)效應(yīng)管的性質(zhì)可以進(jìn)一步提高，遷移率可提高至14.1cm2V-1s-1，吸附氧氣分子以后，單層ReSe2納米片場(chǎng)效應(yīng)管展現(xiàn)出快速且較高的光響應(yīng)，數(shù)值可達(dá)95AW-1，外部量子效率（EQE）可提升至18645%。44第四章 硒化錸納米片場(chǎng)效應(yīng)管4.2 結(jié)果與討論 4.2.1 器件制備圖3-1. 單層ReSe2場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和影像。（a）ReSe2納米片的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖，可以看出Re4單元的排列。（b）單層ReSe2場(chǎng)效應(yīng)管的示意圖，其中兩個(gè)金電極分別作為源漏電極，Si襯底作為柵極。（c）單層ReSe2掃描電子顯微鏡圖片。（d）沉積在300nm SiO2/Si襯底上的單

29、層ReSe2器件的光學(xué)影像。（e）單層ReSe2的高度圖。內(nèi)部圖：?jiǎn)螌覴eSe2器件的原子力顯微鏡圖。ReSe2納米片為扭曲的IT結(jié)構(gòu)。電學(xué)接觸由電子束光刻和電子束蒸發(fā)制得。 由AFM測(cè)試可知，ReSe2納米片為單層，厚度約為0.66nm。器件溝道的長(zhǎng)度和寬度都是2nm。45第四章 硒化錸納米片場(chǎng)效應(yīng)管4.2.2 場(chǎng)效應(yīng)性質(zhì)測(cè)試圖3-2. ReSe2場(chǎng)效應(yīng)管的性質(zhì)測(cè)試。（a）黑暗條件下，改變不同柵壓時(shí)（Vbg = -4040）,單層ReSe2場(chǎng)效應(yīng)管的輸出曲線(xiàn)。（b）黑暗條件下，單層ReSe2場(chǎng)效應(yīng)管的室溫轉(zhuǎn)移曲線(xiàn)，源漏之間電壓為-1V。（c）改變不同柵壓時(shí)（Vbg = -3030）,單層Re

30、Se2場(chǎng)效應(yīng)管在黑暗和光照下的輸出曲線(xiàn)對(duì)比（光源為633nm,10mW cm-1）。（d）單層ReSe2場(chǎng)效應(yīng)管在黑暗和光照下的室溫轉(zhuǎn)移曲線(xiàn)對(duì)比，源漏之間電壓為-1V（光源為633nm,10mW cm-1）。（e）黑暗條件下，改變不同柵壓時(shí)（Vbg = -4040）,少層ReSe2場(chǎng)效應(yīng)管的輸出曲線(xiàn)。（f）黑暗條件下，少層ReSe2場(chǎng)效應(yīng)管的室溫轉(zhuǎn)移曲線(xiàn)，源漏之間電壓為-1V。計(jì)算所得的單層ReSe2的遷移率為9.78cm2V-1s-1，光照后，遷移率提高到了14.1 cm2V-1s-1，少層器件遷移率較低0.10 cm2V-1s-1。46第四章 硒化錸納米片場(chǎng)效應(yīng)管4.2.3 能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算圖

31、3-3. ReSe2納米片的帶隙結(jié)構(gòu)圖。（a）不同厚度ReSe2納米片的態(tài)密度圖：一層，兩層，四層和體材料。（b）帶隙結(jié)構(gòu)隨層厚度變化的示意圖。計(jì)算所得的ReSe2體材料、單層材料、兩層材料、四層材料的帶隙結(jié)構(gòu)分別為0.995、1.239、1.156、1.092 eV，說(shuō)明在二維范圍內(nèi)，隨著層數(shù)增加ReSe2納米片的帶隙逐漸減小。47第四章 硒化錸納米片場(chǎng)效應(yīng)管4.2.4 光敏性質(zhì)測(cè)試圖3-4.單層ReSe2納米片場(chǎng)效應(yīng)管在不同的氣體環(huán)境下的光響應(yīng)。（a）偏壓Vds = 0.5V時(shí)，單層場(chǎng)效應(yīng)管分別在氧氣、空氣、氨氣環(huán)境下的時(shí)間-光電流曲線(xiàn)圖，兩電極之間的外加?xùn)艍篤bg = 0V（光源為633

32、 nm,100mW cm-2)，（b）空氣和氧氣環(huán)境中，單層場(chǎng)效應(yīng)管在黑暗和光照條件下的電流-電壓曲線(xiàn)（光源為633 nm, 100mW cm-2),(c)氧氣環(huán)境中，不同光強(qiáng)下，單層場(chǎng)效應(yīng)管的電流-電壓曲線(xiàn)（Vds = 0.5V，光源波長(zhǎng)為633nm）。（d）氧氣環(huán)境下，偏壓Vds = 0.5V時(shí)，單層場(chǎng)效應(yīng)管的光響應(yīng)速度曲線(xiàn)（光源為633 nm,100mW cm-2)。在三種氣體環(huán)境中（氧氣、空氣和氨氣），電流呈現(xiàn)了穩(wěn)定的、重復(fù)的響應(yīng)，在氧氣環(huán)境下光響應(yīng)最高。在固定的Vds下，單層ReSe2納米片場(chǎng)效應(yīng)管的光電流隨著光密度呈現(xiàn)線(xiàn)性變化。光電流上升和下降的時(shí)間分別為68ms和34ms。48第

33、四章 硒化錸納米片場(chǎng)效應(yīng)管4.2.5 第一性原理計(jì)算圖3-5.氧氣分子吸附在單層ReSe2納米片上。電荷密度差圖：（a）沒(méi)有缺陷時(shí)側(cè)視圖，（b）存在缺陷時(shí)側(cè)視圖，（c）存在缺陷時(shí)的俯視圖。等電荷密度面為510-4 e/-3。黃色和藍(lán)色分別對(duì)應(yīng)著電荷的積累和消耗。氧氣分子作為電荷受體可以接受來(lái)自ReSe2單層提供的約0.048e電子，增加其載流子空穴密度，從而提高光敏性。退火產(chǎn)生空位缺陷后，當(dāng)氧氣分子吸附在一個(gè)單個(gè)的Se空位時(shí)，由ReSe2單層轉(zhuǎn)移到氧氣分子上的電子增加為1.071e。49第四章 硒化錸納米片場(chǎng)效應(yīng)管4.2.5 第一性原理計(jì)算當(dāng)作為電荷供體的氨氣分子吸附在ReSe2單層時(shí)，p-型

34、單層ReSe2的空穴載流子密度會(huì)減小，因此光敏性降低。圖3-6.氨氣分子吸附在單層ReSe2納米片上。電荷密度差圖：（a）沒(méi)有缺陷時(shí)側(cè)視圖，（b）存在缺陷時(shí)側(cè)視圖，（c）存在缺陷時(shí)的俯視圖。等電荷密度面無(wú)缺陷時(shí)為510-4 e/-3，存在缺陷時(shí)為110-3 e/-3。黃色和藍(lán)色分別對(duì)應(yīng)著電荷的積累和消耗。50第四章 硒化錸納米片場(chǎng)效應(yīng)管O2AirNH3Idark(A)2.110-8910-97.710-9Ilight(A)410-7810-8510-8R(AW-1)9517.810.5EQE(%)18,6453,4842,061開(kāi)關(guān)比2096表3-1.在不同的氣體環(huán)境中測(cè)得的相關(guān)參數(shù)。51第一

35、章 二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述第二章 高效少層鉬摻硒化錸納米片光探測(cè)器第三章 高效少層硫化鎵光探測(cè)器第四章 硒化錸納米片場(chǎng)效應(yīng)管第五章 雙層硫化鉬氣相生長(zhǎng)與堆積研究第六章 硒化錸褶皺性質(zhì)研究主要內(nèi)容52第五章 雙層硫化鉬氣相生長(zhǎng)與堆積研究5.1 前言 在本章中，通過(guò)化學(xué)氣相沉積法，我們合成了雙層MoS2納米片，并且證實(shí)，通過(guò)直接觀察光學(xué)影像和拉曼光譜，可以辨別雙層MoS2的堆積順序。通過(guò)光學(xué)影像，我們發(fā)現(xiàn)，A-B和A-A堆積同時(shí)存在于雙層MoS2納米片中，并且不同的堆積方式具有不同的拉曼光譜。通過(guò)理論計(jì)算，我們也證實(shí)了A-B和A-A堆積是雙層MoS2的五種可能的堆積方式中最穩(wěn)定且能量最低的

36、兩種。53第五章 雙層硫化鉬氣相生長(zhǎng)與堆積研究5.2 材料制備圖4-1. 雙層MoS2的五種不同堆積方式：（a）A-A,（b）A-A，（c）A-B，（d）A-B，（e）A-B。對(duì)于A-A堆積，相同原子重疊。在A-A堆積中，上層的S原子都疊加在下層的Mo原子上。對(duì)于A-B（A-B）堆積，上下兩層的Mo（S）原子是重疊的，并且上層的S（Mo）原子位于底層MoS2單層的六元環(huán)中心。對(duì)于A-B堆積，兩種不同原子相互疊加，同時(shí)上層MoS2單層中的Mo原子位于底層MoS2單層的六元環(huán)中心位置。54第五章 雙層硫化鉬氣相生長(zhǎng)與堆積研究5.2 材料制備圖4-2. （a）CVD生長(zhǎng)過(guò)程示意圖，（b）所制得樣品示

37、意圖。MoO3和S之間的反應(yīng)式為：2MoO3+7S2MoS2+3SO2利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)在300nm SiO2/Si襯底上制備了雙層MoS2樣品。55第五章 雙層硫化鉬氣相生長(zhǎng)與堆積研究5.3 性質(zhì)表征圖4-3.雙層三角形MoS2片的（a，b）正向堆積（A-B）光學(xué)圖片，（c,d）反向堆積（A-A）光學(xué)圖片。（e）雙層三角形MoS2片的正向堆積（A-B）原子力顯微鏡圖片。（f）沿著圖（e）中虛線(xiàn)所得的高度剖面圖。（g）雙層三角形MoS2片的反向堆積（A-A）原子力顯微鏡圖片。（h）沿著圖（g）中虛線(xiàn)所得的高度剖面圖。同時(shí)存在正向和反向堆積的雙層三角形MoS2納米片。推測(cè)正向堆積的雙層MoS2

38、為A-B堆積，而反向堆積的雙層MoS2為A-A堆積。根據(jù)原子力顯微鏡測(cè)試，也觀察到了同樣的雙層三角。56第五章 雙層硫化鉬氣相生長(zhǎng)與堆積研究5.3 性質(zhì)表征圖4-4. 雙層三角形MoS2片的（a）正向堆積（A-B）拉曼光譜和（b）反向堆積（A-A）拉曼光譜。單層和雙層MoS2以不同方式堆積時(shí)的光致發(fā)光光譜：（c）正向堆積（A-B），（d）反向堆積（A-A）。在兩種堆積中，底層MoS2單層的頻率差（）都是18cm-1，隨著MoS2層數(shù)的減少，也逐漸減少。并且中間三角形部分的拉曼光譜都比底層的單層部分強(qiáng)，底層的單層光致發(fā)光強(qiáng)度比中間的雙層強(qiáng)。對(duì)于A-B堆積，雙層MoS2的峰位于1.77eV，而在A

39、-A堆積中，該峰移動(dòng)至1.81 eV。57第五章 雙層硫化鉬氣相生長(zhǎng)與堆積研究5.3 性質(zhì)表征圖4-5. 兩種不同堆積方式的拉曼模量對(duì)比，內(nèi)部是MoS2片的典型激子模量示意圖。對(duì)于A-B堆積，存在兩個(gè)典型的拉曼模量，即A1g（405cm-1）和E12g（383cm-1），半峰寬分別為5.48和3.60cm-1。對(duì)于A-A堆積，存在同樣的兩個(gè)模量（A1g：407cm-1和E12g：383cm-1），半峰寬分別為4.81和3.22 cm-1。然而A-B堆積的雙層線(xiàn)形比A-A堆積的雙層結(jié)構(gòu)線(xiàn)形更對(duì)稱(chēng)，而且在A-B堆積的光譜中，存在尖銳且較強(qiáng)的峰。58第五章 雙層硫化鉬氣相生長(zhǎng)與堆積研究5.3 性質(zhì)表

40、征圖4-6. 雙層三角形MoS2片的（a）反向堆積（A-A）光學(xué)圖片和（b）正向堆積（A-B）光學(xué)圖片，（c）和（d）兩種不同堆積方式的拉曼映射圖片。兩種堆積方式的拉曼映射圖像顯示樣品的厚度分散與光學(xué)顯微鏡圖片一致。59第五章 雙層硫化鉬氣相生長(zhǎng)與堆積研究5.3 性質(zhì)表征a (A-A)b (A-A)c (A-B)d (A-B)e (A-B)d ()6.816.206.266.806.19Ea(meV)99.8160.3146.2102.5159.6Eg (eV)1.441.231.241.441.19在合成的結(jié)構(gòu)中，小三角形和大三角形MoS2片具有相對(duì)的角度，即0（A-B堆積）和60（A-A堆

41、積）。當(dāng)上層的S原子位于底層原子的中心時(shí)，層間距最小，吸附能最大。根據(jù)吸附能結(jié)果，圖4-1中不同堆積的穩(wěn)定性順序?yàn)椋篵ecda (A-AA-BA-BA-BA-A)。因此，兩種合成的結(jié)構(gòu)可能是圖4-1b （A-A堆積）和圖4-1e（A-B堆積）所示意的堆積順序。表4-1. 根據(jù)圖4-1所示的結(jié)構(gòu)（a-e）所計(jì)算的層間距（d），吸附能（Ea）和帶隙（Eg）。60第五章 雙層硫化鉬氣相生長(zhǎng)與堆積研究5.3 性質(zhì)表征圖4-7. 具有不同層間相對(duì)角度時(shí)的五種結(jié)構(gòu)。在不同的結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)片層之間的相對(duì)角度分別為0、15、30、45、60。通過(guò)將0情況時(shí)的總能設(shè)定為0，所得的五種結(jié)構(gòu)的總能分別為0、0.41、

42、0.65、0.61、0.004eV。計(jì)算表明，當(dāng)三角片之間的角度為0和60時(shí)，即結(jié)構(gòu)為e堆積（A-B）和b堆積（A-A）時(shí)，能量最低，結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。61第一章 二維層狀材料電子和光電子學(xué)概述第二章 高效少層鉬摻硒化錸納米片光探測(cè)器第三章 高效少層硫化鎵光探測(cè)器第四章 硒化錸納米片場(chǎng)效應(yīng)管第五章 雙層硫化鉬氣相生長(zhǎng)與堆積研究第六章 硒化錸褶皺性質(zhì)研究主要內(nèi)容62第六章 硒化錸褶皺性質(zhì)研究6.1 前言 本章中，通過(guò)在彈性襯底上制備ReSe2褶皺，從而誘導(dǎo)產(chǎn)生了局部應(yīng)力，因此調(diào)控了ReSe2納米片的磁學(xué)、光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。我們的結(jié)果表明，在局部應(yīng)力區(qū)域：（1）拉曼光譜中簡(jiǎn)并的Eg-like峰發(fā)生劈裂，分

43、裂為兩個(gè)峰，與未加應(yīng)力區(qū)域相比，Ag-like峰向右移動(dòng)；（2）與未加應(yīng)力區(qū)域相比，光致發(fā)光峰位紅移，峰強(qiáng)增強(qiáng)；（3）通過(guò)分析磁力顯微鏡的相和高度變化可知，形成褶皺以后，ReSe2產(chǎn)生了磁性；（4）最后通過(guò)對(duì)比電流-電壓曲線(xiàn)可知，在不同預(yù)應(yīng)力下形成的不同ReSe2褶皺，其電學(xué)性質(zhì)也表現(xiàn)出了不同的變化趨勢(shì)。63第六章 硒化錸褶皺性質(zhì)研究6.2 結(jié)果與分析圖5-1.ReSe2晶體結(jié)構(gòu)和高分辨透射電鏡測(cè)試。（a）ReSe2晶體結(jié)構(gòu)的俯視和側(cè)視圖，紅線(xiàn)代表Re原子鏈方向。ReSe2片的高分辨透射電鏡圖（b）低倍下，（c）高倍下。（d）ReSe2片相應(yīng)的選區(qū)電子衍射圖。三斜對(duì)稱(chēng)的ReSe2是一種各向異性

44、的半導(dǎo)體，具有扭曲1T結(jié)構(gòu)。晶格指紋說(shuō)明ReSe2片結(jié)晶性非常好，并且由HRTEM影像所測(cè)得的ReSe2片的晶格間距為6.7。選區(qū)電子衍射圖表明材料的取向是沿著（210）軸方向，對(duì)應(yīng)于PDF標(biāo)準(zhǔn)卡片的a=6.730 （JCPDS 18-1086)64第六章 硒化錸褶皺性質(zhì)研究6.2 結(jié)果與分析圖5-2. ReSe2褶皺制備過(guò)程示意圖。（a）彈性的Gel膜襯底首先被拉伸到不同程度，（b）將機(jī)械剝離的ReSe2片沉積在彈性襯底上，（c）以不同的速度釋放彈性襯底的預(yù)應(yīng)力，（d）制備出垂直于初始應(yīng)力方向的ReSe2褶皺。（e）通過(guò)制備褶皺實(shí)現(xiàn)原位應(yīng)力過(guò)程的光學(xué)照片。（f）一個(gè)ReSe2褶皺片的3D共聚

45、焦顯微圖片。（g）圖f中ReSe2褶皺的掃描電子顯微鏡圖片，內(nèi)部圖是能量色散X-射線(xiàn)光譜。首先將從ReSe2晶體上剝離下來(lái)的ReSe2片沉積在彈性襯底上(Gel-PAK 膜 WF-40-X4)，襯底預(yù)拉伸30-100%。隨后以一定的速度釋放彈性襯底的預(yù)應(yīng)力，以形成垂直于初始應(yīng)力軸方向的ReSe2褶皺。褶皺的高度和寬度均是微米級(jí)，褶皺間隔大于10微米。65第六章 硒化錸褶皺性質(zhì)研究6.2 結(jié)果與分析圖5-3.三種明顯不同的 ReSe2褶皺示意圖和掃描電子顯微鏡圖：（a,b）多層片的褶皺結(jié)構(gòu)，（c,d）少層片的三角形結(jié)構(gòu)，（e,f）單層片的針狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)應(yīng)用100%的預(yù)應(yīng)力和快速釋放過(guò)程，不同厚度

46、的ReSe2片可以獲得三種不同的褶皺形態(tài)：a和b是多層片的水波形結(jié)構(gòu)；c和d是少層片的三角形結(jié)構(gòu)；e和f是單層片的針狀結(jié)構(gòu)。66第六章 硒化錸褶皺性質(zhì)研究6.3 討論及總結(jié)圖5-4.單層ReSe2的拉曼和光致發(fā)光譜圖。（a）同一單層ReSe2片上，平的部分（黑色）與褶皺部分（紅色）的光致發(fā)光譜。（b）未加應(yīng)力（紅色）、雙軸應(yīng)力（藍(lán)色）、平行應(yīng)力（綠色）、垂直應(yīng)力（紫紅色）時(shí)的密度泛函理論計(jì)算。（c）ReSe2褶皺的漏斗效應(yīng)示意圖，用于解釋光致發(fā)光效率增強(qiáng)的原因。（d）密度泛函理論中聲子分布計(jì)算。（e）ReSe2中未加應(yīng)力部分（黑色）與局部應(yīng)力部分（紅色）的拉曼光譜。與未加應(yīng)力部分相比，在ReS

47、e2頂部測(cè)得的光致發(fā)光信號(hào)發(fā)生紅移，且強(qiáng)度增大。電子結(jié)構(gòu)改變引起峰位紅移，“漏斗效應(yīng)”導(dǎo)致發(fā)光峰增強(qiáng)。Ag-like峰發(fā)生輕微的右移，而Eg-like峰分裂為兩個(gè)峰。應(yīng)力對(duì)面內(nèi)振動(dòng)影響大于面外振動(dòng)。67第六章 硒化錸褶皺性質(zhì)研究6.3 討論及總結(jié)圖5-5. 單層ReSe2中電子能帶分布。結(jié)構(gòu)的扭曲布里淵區(qū)包括等價(jià)的K1(M1)，K2(M2)，K3(M3)對(duì)稱(chēng)點(diǎn)。能帶結(jié)構(gòu)沿布里淵區(qū)中3個(gè)不同方向取點(diǎn)。 我們計(jì)算了應(yīng)力決定的振動(dòng)態(tài)密度?；趯?duì)稱(chēng)性分析，這些峰對(duì)應(yīng)于Eg-like和Ag-like峰，而其他理論預(yù)測(cè)的但實(shí)驗(yàn)中未觀察到的峰為拉曼光譜非活躍模量。68第六章 硒化錸褶皺性質(zhì)研究6.3 討論及

48、總結(jié)圖5-6. ReSe2的磁力顯微鏡測(cè)試。Gel膜襯底上的單層ReSe2褶皺片的（a）原子力顯微鏡形貌圖，（b）相圖，（c）磁力顯微鏡相圖，（d）高度圖。（e-h）為相應(yīng)的側(cè)視圖。在MFM相圖中，我們觀察到了一個(gè)大的負(fù)向變化，表明ReSe2褶皺和探針之間發(fā)生了強(qiáng)烈的吸引作用。在MFM高度圖中，可以觀察到一個(gè)正向的高度變化。在MFM測(cè)試中，材料和針的吸引力會(huì)導(dǎo)致懸臂的共振頻率下降，因此使得相信號(hào)減少且高度信號(hào)增加。MFM相和高度的反向變化證明ReSe2片在褶皺區(qū)域（應(yīng)力區(qū)域）產(chǎn)生的磁性。69第六章 硒化錸褶皺性質(zhì)研究6.3 討論及總結(jié)根據(jù)理論計(jì)算，褶皺ReSe2的磁性態(tài)總能比非磁性態(tài)低300m

49、eV，暗示了褶皺的ReSe2處于穩(wěn)定的磁性態(tài)。完全收斂以后，平的ReSe2片磁矩為0B，褶皺形成以后，該值增加為3.95B，證明了褶皺形成后存在了磁性。電荷密度圖說(shuō)明在應(yīng)力區(qū)域發(fā)生了自旋極化，因此導(dǎo)致了褶皺磁性的產(chǎn)生。圖5-7. ReSe2的褶皺的自旋密度等值面（等值面值= 0.00007 e/A3）。藍(lán)色和紅色分別代表正向和負(fù)向值。70第六章 硒化錸褶皺性質(zhì)研究6.3 討論及總結(jié)圖5-8.應(yīng)力ReSe2的電學(xué)性質(zhì)。（a）兩終端ReSe2褶皺器件的示意圖，（b）不同預(yù)應(yīng)力條件下制得的兩終端ReSe2褶皺器件的電流-電壓曲線(xiàn)圖。與未加應(yīng)力的器件相比，施加了30%預(yù)應(yīng)力的器件電阻有所減少，而施加了

50、50%預(yù)應(yīng)力的器件電阻增加。對(duì)于30%的樣品來(lái)說(shuō)，褶皺的形態(tài)趨于倒塌和折疊，折疊的區(qū)域可以看做是弱的少層片段。所以，由于幾何因素的影響，該片的電阻有所減少。然而，50%預(yù)應(yīng)力下的褶皺呈現(xiàn)出更尖的彎曲而沒(méi)有折疊，因此散射速率大大提升，而使器件電阻增加。71結(jié)論 少層Mo:ReSe2納米片光探測(cè)器以及高效的超薄GaS納米片光探測(cè)器在不同的氣體環(huán)境下可以產(chǎn)生不同的光敏性質(zhì)。在氨氣環(huán)境中，633nm光的輻射下，該光探測(cè)器的光響應(yīng)和外部量子效率都非常高，光開(kāi)關(guān)性質(zhì)快速且穩(wěn)定。同時(shí)通過(guò)理論計(jì)算解釋了氣體分子對(duì)于光響應(yīng)的影響。結(jié)合實(shí)驗(yàn)與理論，我們發(fā)現(xiàn)，作為新型的二維金屬硫族化合物，少層GaS納米片和Mo:R

51、eSe2納米片都可以用于制造高效的納米級(jí)傳感器、光探測(cè)器、光電子開(kāi)關(guān)和其他光電子電路中。 單層和少層ReSe2納米片可以作為場(chǎng)效應(yīng)管的溝道材料，但單層ReSe2場(chǎng)效應(yīng)管室溫遷移率要高于少層器件。在紅光的作用下，單層場(chǎng)效應(yīng)管的性質(zhì)可以進(jìn)一步提高，并且吸附氧氣分子以后，單層ReSe2納米片場(chǎng)效應(yīng)管展現(xiàn)出快速且較高的光響應(yīng)。這是由于吸附的氧氣分子可以增加p-型ReSe2的空穴載流子密度，因此提高其光響應(yīng)。我們的研究表明作為新的過(guò)渡金屬硫化物，ReSe2的帶隙和遷移率可以由層數(shù)調(diào)控，并且它具有極好的電學(xué)、光電子學(xué)還有傳感性能，可以應(yīng)用于許多可能的技術(shù)領(lǐng)域。72結(jié)論 通過(guò)化學(xué)氣相沉積法可以制備雙層MoS

52、2納米片，通過(guò)光學(xué)影像可以觀察到，A-B和A-A堆積同時(shí)存在于雙層MoS2納米片中。通過(guò)拉曼光譜可以發(fā)現(xiàn)，兩種堆積方式具有不同的拉曼光譜線(xiàn)形。理論計(jì)算表明，A-B和A-A堆積是雙層MoS2五種可能的堆積方式中最穩(wěn)定且能量最低的兩種，這與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一致。 通過(guò)簡(jiǎn)單的拉伸-釋放過(guò)程，可以制備二維材料褶皺同時(shí)誘導(dǎo)局部應(yīng)力產(chǎn)生，從而納米級(jí)的調(diào)控ReSe2的磁學(xué)、光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，局部應(yīng)力可以調(diào)控ReSe2的光學(xué)帶隙，改變其電學(xué)和振動(dòng)性質(zhì)，并且誘導(dǎo)磁性產(chǎn)生。研究表明納米級(jí)的應(yīng)力工程可以調(diào)控材料的多種物理性質(zhì)，因此可以用于許多領(lǐng)域，如應(yīng)力傳感器、可拉伸電極、柔性場(chǎng)效應(yīng)晶體管、太陽(yáng)能電池和其他光

53、子器件等應(yīng)用中。73博士后期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文，專(zhuān)著1. Shengxue Yang, Cong Wang, Hasan Sahin, Hui Chen, Yan Li, Shu-Shen Li, Aslihan Suslu, F. M. Peeters, Qian Liu*, Jingbo Li*, Sefaattin Tongay*, Tuning the optical, magnetic, and electrical properties of ReSe2 by nanoscale strain engineering, Nano Lett., 2015, 15, 1660, (SCI

54、, IF = 12.940).2. Shengxue Yang*, Sefaattin Tongay, Qu Yue, Yongtao Li, Bo Li, Fangyuan Lu, High-Performance Few-layer Mo doped ReSe2 Nanosheet Photodetectors, Scientific Reports, 2014, 4, 5442, (SCI, IF = 5.078).3. Shengxue Yang, Yan Li, Xiaozhou Wang, Nengjie Huo, Jian-bai Xia, Shu-shen Li, Jingbo

55、 Li,* High performance few-layer GaS photodetector and its unique photoresponse in different gas environment, Nanoscale, 2014, 6, 2582, (SCI, IF = 6.739).4. Shengxue Yang, Sefaattin Tongay, Yan Li, Qu Yue, Jian-Bai Xia, Shun-Shen Li, Jingbo Li*, Su-Huai Wei*, Layer-dependent electrical and optoelect

56、ronic responses of ReSe2 nanosheet transistors, Nanoscale, 2014, 6, 7226, (SCI, IF = 6.739).5. Shengxue Yang,* Jun Kang, Qu Yue, Kun Yao, Vapour phase growth and imaging stacking order of bilayer molybdenum disulphide, J. Phys. Chem. C, 2014, 118, 9203, (SCI, IF = 4.835).6. Shengxue Yang, Sefaattin

57、Tongay, Shu-Shen Li, Jian-Bai Xia, Junqiao Wu, Jingbo Li*, Environmentally Stable / Self-powered Ultraviolet Photodetectors with High Sensitivity, Appl. Phys. Lett., 2013, 103, 143503, (SCI, IF = 3.794).74博士后期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文，專(zhuān)著7. Shengxue Yang, Qu Yue, Fengmin Wu, Nengjie Huo, Zhanghui Chen, Juehan Yang, J

58、ingbo Li*, Synthesis of the nanostructuring Cd4GeS6 photocatalysts and their visible-light-driven photocatalytic degradation property, J. Alloy. Compd., 2014, 597, 91, (SCI, IF = 2.726).8. Chong Li, Shengxue Yang*, Shu-Shen Li, Jian-Bai Xia, Jingbo Li*, Au Decorated Silicene: Design of High Activity

59、 Catalyst toward CO Oxidation, J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 483, (SCI, IF = 4.835).9. Bo Li, Shengxue Yang*, Nengjie Huo, Yongtao Li, Juehan Yang, Renxiong Li, Chao Fan, Fangyuan Lu, Growth of large area few-layer or monolayer MoS2 from controllable MoO3 nanowires nucleus, RSC Advances, 2014, 4, 264

60、07, (SCI, IF = 3.708).10. Nengjie Huo, Qu Yue, Juehan Yang, Shengxue Yang*, Jingbo Li*, Abnormal photocurrent response and enhanced photocatalytic activity induced by charge transfer, ChemphysChem, 2013, 14, 4069, (SCI, IF = 3.36).11. Fangyuan Lu, Renxiong Li, Nengjie Huo, Juehan Yang, Chao Fan, Xia