二維類(lèi)石墨烯層狀材料上量子點(diǎn)的研究.pdf

1、量子點(diǎn)作為實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的一種可能方式之一，受到了很多科研工作者的關(guān)注。本文主要對(duì)二維類(lèi)石墨烯層狀材料上的量子點(diǎn)在低溫環(huán)境下的輸運(yùn)性質(zhì)展開(kāi)實(shí)驗(yàn)研究。不同于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料，二維類(lèi)石墨烯層狀材料有著更薄的厚度、更好的柔韌性以及更容易與不同襯底相連等優(yōu)勢(shì)。本文主要對(duì)兩類(lèi)二維材料上的量子點(diǎn)進(jìn)行了研究:一是石墨烯;二是過(guò)渡金屬二硫化物。具體來(lái)說(shuō)，本文的主要內(nèi)容包括;
　　1.簡(jiǎn)單介紹研究背景，包括量子計(jì)算的基本概念及其物理實(shí)現(xiàn)的方法。針對(duì)半

2、導(dǎo)體量子點(diǎn)，這一可能的量子計(jì)算物理實(shí)現(xiàn)方法，我們介紹了表述其的基本理論——常相互作用模型。利用這個(gè)簡(jiǎn)單的模型，可以解釋諸如庫(kù)侖阻塞、庫(kù)侖振蕩、單量子點(diǎn)的庫(kù)侖菱形圖以及雙量子點(diǎn)的蜂窩圖等很多的基本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。最后我們介紹了量子點(diǎn)接觸QPC、光子輔助隧穿PAT以及量子點(diǎn)中的弛豫時(shí)間和退相干時(shí)間等相關(guān)概念。
　　2.介紹了在二維材料量子點(diǎn)實(shí)驗(yàn)中使用到的微納加工儀器。詳細(xì)的介紹了不同樣品的具體加工流程，并對(duì)其中的相關(guān)步驟和注意事項(xiàng)作了闡述和

3、解釋。最后簡(jiǎn)要介紹了實(shí)驗(yàn)中使用的低溫測(cè)量平臺(tái)以及外圍電學(xué)測(cè)量?jī)x器。
　　3.簡(jiǎn)要介紹了石墨烯的基本性質(zhì)以及鑒別石墨烯層數(shù)的方法。在此基礎(chǔ)上，我們制備了石墨烯刻蝕單量子點(diǎn)以及雙量子點(diǎn)，并觀測(cè)到了相應(yīng)的庫(kù)侖菱形圖和蜂窩圖。隨后，為了研究石墨烯量子點(diǎn)中的相干性，我們對(duì)石墨烯器件中的噪聲進(jìn)行了研究。通過(guò)將石墨烯器件懸浮于襯底之上，我們可以研究石墨烯器件中噪聲的來(lái)源。我們比較了懸浮和非懸浮的石墨烯器件之間歸一化的噪聲水平，并將我們制備的石墨

4、烯量子器件上的噪聲與傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子器件和石墨烯經(jīng)典器件中的噪聲水平進(jìn)行了比較。得到了石墨烯納米器件中更大的噪聲主要是來(lái)自于石墨烯中的邊界缺陷的影響這一結(jié)論，并給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的模型定性的解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　4.簡(jiǎn)要介紹了過(guò)渡金屬二硫化物的基本性質(zhì)以及判斷層數(shù)的方法。接著介紹了我們制備的硫化鎢場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性質(zhì)。背柵電極和頂部門(mén)電極電壓都對(duì)器件的源漏電流有開(kāi)關(guān)作用，展示出很好的開(kāi)關(guān)特性。在此基礎(chǔ)上，我們?cè)谖u材料上制備得到了門(mén)控量子

5、點(diǎn)，并在其上觀測(cè)到了庫(kù)侖菱形和庫(kù)侖振蕩現(xiàn)象。進(jìn)一步我們展示了頂部門(mén)電極對(duì)量子點(diǎn)大小的調(diào)制作用，這一結(jié)果與我們用COMSOL軟件的模擬結(jié)果一致。與此同時(shí)，我們利用相似的方法在硫化鎢上制備了量子點(diǎn)，研究其庫(kù)侖振蕩的規(guī)律。我們發(fā)現(xiàn)無(wú)論是硫化鎢量子點(diǎn)還是硫化鎢上雜質(zhì)缺陷，它們展現(xiàn)出的庫(kù)侖峰的峰高以及半高全寬隨溫度變化的關(guān)系，都符合傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)的理論。這一與之前在石墨烯上的結(jié)果不一樣的發(fā)現(xiàn)，表明我們制備的這種“無(wú)邊界態(tài)”的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中并不存在

6、無(wú)序的束縛勢(shì)，而這一無(wú)序的束縛勢(shì)與石墨烯量子點(diǎn)中偏大的勢(shì)場(chǎng)漲落之間有著密不可分的聯(lián)系。
　　本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有:
　　1.在實(shí)驗(yàn)上制備了懸浮于襯底之上的石墨烯納米條帶器件并觀測(cè)到了庫(kù)侖阻塞以及庫(kù)侖振蕩的現(xiàn)象。并首次在其上進(jìn)行了1/f噪聲的測(cè)量，標(biāo)定了石墨烯量子器件中的噪聲水平。
　　2.通過(guò)測(cè)量和比較懸浮和非懸浮的石墨烯納米條帶中的低頻1/f噪聲，探究石墨烯納米器件中1/f噪聲的來(lái)源。首次證明其并非來(lái)源于襯底，而是由邊

7、界缺陷引入的。
　　3.在實(shí)驗(yàn)上首次制備了基于二維過(guò)渡金屬二硫化物硒化鎢材料的門(mén)控量子點(diǎn)，此結(jié)構(gòu)避免了邊界態(tài)的影響。在這種量子點(diǎn)中觀察到了連續(xù)的庫(kù)侖菱形結(jié)構(gòu)，同時(shí)展示了電極電壓對(duì)于量子點(diǎn)大小的調(diào)節(jié)作用，并與理論模擬的結(jié)果進(jìn)行比較，符合預(yù)期的設(shè)計(jì)。
　　4.在實(shí)驗(yàn)上首次制備了基于二維過(guò)渡金屬二硫化物硫化鎢材料的門(mén)控量子點(diǎn)，并首次詳細(xì)研究了硫化鎢材料上庫(kù)侖振蕩的性質(zhì)。其中的庫(kù)侖振蕩與石墨烯中性質(zhì)不同，呈現(xiàn)出規(guī)則的、不依賴于能量大