黑磷光電特性及其異質(zhì)結(jié)器件研究.pdf

1、黑磷作為一種新型的二維材料由于具有良好的電學(xué)與光電特性，因此受到科研工作者的廣泛關(guān)注。黑磷屬于雙極性的窄帶隙的半導(dǎo)體，其帶隙為直接帶隙，帶隙類型不隨著黑磷厚度的變化而改變；黑磷場效應(yīng)管器件的載流子遷移率可以達(dá)到10000 cm2V-1s-1，略低于石墨烯的載流子遷移率但遠(yuǎn)高于過渡金屬硫化物。此外，由于黑磷晶體結(jié)構(gòu)的各向異性，在外場的作用下可以對黑磷的帶隙在較寬的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)控，因此黑磷在柔性光電探測器件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　

2、　現(xiàn)如今對于黑磷的研究尚處于初步階段，對于黑磷的電學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)以及相關(guān)的光電異質(zhì)結(jié)器件的報(bào)道較少。本文針對以上的問題，采用掃描探針顯微鏡電學(xué)與力學(xué)模塊配合半導(dǎo)體器件探針臺對黑磷及其異質(zhì)結(jié)的電學(xué)力學(xué)性質(zhì)以及光電特性進(jìn)行了研究，此外透射電鏡以及微區(qū)拉曼光譜對于黑磷在退火條件下黑磷的相變行為進(jìn)行了初步的探索。
　　研究表明，原始黑磷的表面電勢隨黑磷厚度的增大逐漸降低，塊狀黑磷的表面電勢約為-51.5 mV。此外，黑磷表面的磷氧化合物

3、對于黑磷表面電勢的影響較大。黑磷在300 ℃退火過程中發(fā)生了黑磷表面磷氧化合物以及黑磷本身的揮發(fā)，此外還存在正交晶系的黑磷向單斜晶系的紫磷的相變過程。黑磷的相變過程導(dǎo)致了退火后黑磷表面電勢的明顯升高。退火處理后厚度為17.6 nm的紫磷為p型半導(dǎo)體，其空穴的載流子遷移率為226.3 cm2V-1s-1。
　　本文利用掃描探針顯微鏡的力學(xué)模塊對黑磷的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了分析。黑磷存在明顯的負(fù)泊松比材料的特性；而其楊氏模量隨黑磷厚度的增加而

4、逐漸降低。當(dāng)黑磷的厚度為14.3 nm時(shí)，其楊氏模量為276±32.4 GPa。隨著黑磷厚度的增加，其楊氏模量值趨近于塊狀黑磷的楊氏模量值。此外黑磷的斷裂強(qiáng)度大于25 GP a而斷裂應(yīng)變大于8％，滿足柔性器件的要求。此外本課題利用橫向力顯微鏡對黑磷表面摩擦力進(jìn)行了初步的探索，相比于各向同性的MoS2，黑磷的表面摩擦力存在著明顯的各向異性。黑磷表面摩擦力最大值與最小值的方向呈90度角，對應(yīng)黑磷的[100]與[010]晶向的各向異性。通過建

5、立黑磷表面摩擦力與晶體取向的關(guān)系，對今后制備黑磷電學(xué)器件有一定的指導(dǎo)意義。
　　利用導(dǎo)電原子力顯微鏡對 B-P/Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的光電特性進(jìn)行了研究，B-P/p-Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)在光照的條件下，正向與負(fù)向均有光電流的產(chǎn)生，光電流的大小隨著光照強(qiáng)度的提高而提高，在入射光波長為460 nm，功率為106 mW/cm2的光照條件下，光電流達(dá)到最大值約為11 nA。B-P/p-Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)對于460 nm波長的光照較為敏感，其光響應(yīng)的大小可