二維層狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)表現(xiàn)出獨特的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等物理性能，因而具有重要的應(yīng)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(xué)性能，在半導(dǎo)體、電子器件、能源儲存與轉(zhuǎn)化方面已初步顯示出良好的社會價值和經(jīng)濟(jì)效益。與此同時，要實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)級二維材料的規(guī)?；孕枰芏嗟呐Γ渲袠悠返目煽刂苽涫菓?yīng)用的基礎(chǔ)。以石墨烯為例，目前多數(shù)的制備工藝是需要高溫條件下進(jìn)行，但是高溫的合成條件大大限制了石墨烯

2、與半導(dǎo)體工業(yè)相結(jié)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(dǎo)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(jīng)證實前者對于石墨烯等材料電學(xué)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(lǐng)域?qū)⒂芯薮髴?yīng)用潛力。然而，當(dāng)前這兩類材料的合成的可控性并不好，結(jié)果具有極大的隨機性，阻礙了二維異質(zhì)結(jié)等納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步應(yīng)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?fù)浣^緣體和半導(dǎo)體二硫化鎢為研究對象，通過化學(xué)氣相沉積法，對這幾種二維材料進(jìn)行了可控合成、結(jié)構(gòu)表征、物性測量以及初步的應(yīng)用探究，相關(guān)研究結(jié)果有望對于低維納米材料的有效合成和規(guī)模應(yīng)用提供有益的參考。本論文主要取得的研究結(jié)果包括以下三個方面:
　　1.利用化學(xué)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(jié)構(gòu)的高質(zhì)量三元拓?fù)浣^緣鉍硒碲單晶納米片（Bi2Se3xTe3(1-x））。通過調(diào)節(jié)硒摻雜的濃度實現(xiàn)了Bi2Se3

4、xTe3(1-x)微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)制，利用拉曼光譜對不同硒摻雜的樣品進(jìn)行了探索。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(xiàn)出不連續(xù)變化特征。此研究結(jié)果對于合成高質(zhì)量的拓?fù)浣^緣體及其物性探索具有參考價值。
　　2.利用常壓低溫化學(xué)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(diào)整實驗參數(shù)在銅箔和覆蓋有100nm

5、銅的玻璃基板上均實現(xiàn)了厚度為2-5nm石墨烯膜的生長。研究結(jié)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(dǎo)體基板上低溫生長超薄膜提供了一種新途徑。
　　3.利用化學(xué)氣相沉積法在硅/二氧化硅基底上合成出高質(zhì)量的層狀半導(dǎo)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，WS2器件具有良好的水蒸氣響應(yīng)行為，隨著測試環(huán)境中水蒸氣