二維層狀結構的CVD生長、摻雜及性能研究.pdf

1、相比于傳統(tǒng)的塊體材料，低維納米材料和納米結構表現出獨特的電學、光學、磁學等物理性能，因而具有重要的應用價值。近年來的研究表明，以石墨烯為代表的二維層裝材料具有優(yōu)異的物理和化學性能，在半導體、電子器件、能源儲存與轉化方面已初步顯示出良好的社會價值和經濟效益。與此同時，要實現大規(guī)模的工業(yè)級二維材料的規(guī)模化仍需要很多的努力，其中樣品的可控制備是應用的基礎。以石墨烯為例，目前多數的制備工藝是需要高溫條件下進行，但是高溫的合成條件大大限制了石墨烯

2、與半導體工業(yè)相結合，因此開發(fā)低溫條件石墨烯薄膜的合成具有重要意義。此外，層狀六方氮化硼和半導體類的二維材料是對半金屬性石墨烯的有力補充，初步的研究已經證實前者對于石墨烯等材料電學性能的提升有顯著的作用，而后者對于開發(fā)出光電探測器、太陽能電池、顯示等領域將有巨大應用潛力。然而，當前這兩類材料的合成的可控性并不好，結果具有極大的隨機性，阻礙了二維異質結等納米復合結構的進一步應用。針對這些二維材料合成的問題，我們選取半金屬類石墨烯、絕緣體六方

3、氮化硼、拓撲絕緣體和半導體二硫化鎢為研究對象，通過化學氣相沉積法，對這幾種二維材料進行了可控合成、結構表征、物性測量以及初步的應用探究，相關研究結果有望對于低維納米材料的有效合成和規(guī)模應用提供有益的參考。本論文主要取得的研究結果包括以下三個方面:
　　1.利用化學氣相沉積法在氟金云母、硅/二氧化硅等基底上合成出具有層狀結構的高質量三元拓撲絕緣鉍硒碲單晶納米片（Bi2Se3xTe3(1-x））。通過調節(jié)硒摻雜的濃度實現了Bi2Se3

4、xTe3(1-x)微觀結構的調制，利用拉曼光譜對不同硒摻雜的樣品進行了探索。研究結果發(fā)現隨著硒摻雜量的提高，合成出的Bi2Se3xTe3(1-x)納米片的拉曼特征峰的位置會向高頻方向移動，并表現出不連續(xù)變化特征。此研究結果對于合成高質量的拓撲絕緣體及其物性探索具有參考價值。
　　2.利用常壓低溫化學氣相沉積法合成出超薄的大面積石墨烯薄膜（graphene films）.在溫度低至500℃時，通過調整實驗參數在銅箔和覆蓋有100nm

5、銅的玻璃基板上均實現了厚度為2-5nm石墨烯膜的生長。研究結果表明，低溫合成出的石墨烯膜在400-700nm透光性超過90‰并且具有較好的方塊電阻值。此方法為直接在半導體基板上低溫生長超薄膜提供了一種新途徑。
　　3.利用化學氣相沉積法在硅/二氧化硅基底上合成出高質量的層狀半導體硫化鎢單晶(WS2)。通過微納加工工藝，將合成的WS2制各成器件并測試了其傳感性能。研究結果發(fā)現，WS2器件具有良好的水蒸氣響應行為，隨著測試環(huán)境中水蒸氣