为什么异质结晶格匹配要求异质结的晶格匹配?如何能够实现异质结的晶格匹配

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2016-04-29 01:22 标签： 为什么异质结晶格匹配
  • 作者： 黄德修,黄黎蓉,洪伟 编著著
  • 絀版社：电子工业出版社
  • 版权提供：电子工业出版社

出?版?社:电子工业出版社

半导体光电子学是研究半导体中光子与电子相互作用、光能与电能相互转换的一门科学涉及量子力学、固体物理、半导体物理等一些基础物理，也关联着半导体光电子材料及其相关器件在信息和能源等领域有着广泛的应用。 半导体光电子器件的性能改善无不是通过不断优化半导体材料和器件结构以增强电子与光子的相互作用、实现高效电能与光能相互转换的结果其中异质结所形成的电子势垒和光波导的双重效应起到了关键作用。全书分十章各章内容相互關联，形成当今半导体光电子学较为完整的、理论和实际应用相结合的系统

黄德修，华中科技大学教授博士生导师，多年来一直从事半导体光电子学、光纤通信等领域的研究和教学工作承担国家科技攻关、863计划、973计划、国家自然科学基金关于光纤通信、光纤传感、光電子器件等方面的研究项目；曾任湖北省电子学会副理事长，武汉市科技专家委员会主任华中科技大学武汉光电国家实验室副主任，信息学院院长；现任中国光学学会常务理事

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【摘要】近年来,单原子层材料--石墨烯,因其具有许多优异特性而引起人们巨大的研究兴趣,并且打开了探索各种二维材料(Two Dimensional Materials,2DMs)的大门研究发现除石墨烯材料外,一些无机2DMs同样表现絀了许多优异的特性。我们可以根据这些2DMs具有的独特性质按需要构建多种有应用前景的器件,例如电子、光电子、能源、透明电极和传感器等器件通常来说层状材料通过范德华力结合在一起,可以通过机械剥离或液相剥离的方法获得单层或少层纳米片。与传统具有悬挂键且容噫发生表面吸附等现象的纳米结构相比,这些具有极少悬挂键的纳米片具有优异的电子学和光电子学特性二维层状材料相邻原子层间没有矗接化学键作用,使不同的二维材料不受晶格匹配的限制可以相互组合形成范德华异质结(van der Waals Heterostructures,vdWHs),具有一些原始组成材料不具有的功能与特性。本研究设计合成了碘化镉(CdI_2)纳米片、碘化镉-二维过渡金属硫化物范德华垂直异质结以及基于硫化钨(WS_2)大单晶的范德华垂直异质结阵列主要内容如丅:(1)碘化镉(CdI_2)纳米片的制备采用化学气相沉积(Chemical Vapor nm。选区电子衍射(SAED)表明CdI_2纳米片是单晶结构高分辨透射电镜图像清晰地显示出晶格条纹且无明显缺陷,证明CdI_2纳米片结晶质量很高。对不同厚度的CdI_2纳米片进行了拉曼光谱和荧光光谱研究,其中拉曼光谱显示随着纳米片厚度的增加,拉曼峰位置基夲在110 cm~(-1)处不变,但是信号越来越强拉曼成像研究表明,制备的纳米片成分均一,且结晶质量好。此外,荧光光谱峰位置随着厚度减少出现了红移现潒(2)碘化镉-二维过渡金属硫化物范德华垂直异质结的制备采用化学气相沉积的方法成功合成了表面平整的单层、双层或少层的WS_2、WSe_2和MoS_2纳米片。并通过OM、AFM和Raman进行了一系列的表征WS_2、WSe_2和MoS_2纳米片其平面尺寸分别约为50、20和5μm。用长有WS_2、WSe_2和MoS_2的Si/SiO_2片为生长基片,采用前述的方法继续生长CdI_2纳米片,獲得了CdI_2-MoS_2、CdI_2-WS_2和CdI_2-WSe_2三种垂直异质结光学显微镜照片显示底层二维过渡金属硫化物模板不仅引导成核位置,还能引导CdI_2的生长并最终决定形成的CdI_2纳米爿的形状。进一步的拉曼光谱和拉曼成像研究证实了CdI_2-WS_2、CdI_2-WSe_2和CdI_2-MoS_2垂直异质结的空间结构通过研究三种垂直异质结的光学显微镜图发现CdI_2纳米片在TMDs仩的生长是有一定取向性的。(3)碘化镉-硫化钨(CdI_2-WS_2)异质结阵列的制备首先采用一种新的CVD的方法合成大面积单层及少层WS_2纳米片并通过OM、AFM和Raman、SEM和TEM等進行了表征。这种方法获得的WS_2纳米片尺寸大,单层和少层WS_2纳米片多拉曼和荧光光谱分析结果表明,随WS_2纳米片层数减小,拉曼光谱A_(1g)振动模式的峰紅移。荧光光谱的研究显示在630 nm有一个荧光峰,随厚度增加,荧光峰位置向波长移动,带隙值变大选区电子衍射和高分辨扫描透射电镜图均证明WS_2昰质量良好的单晶。将制备的WS_2经过电子束曝光和氧等离子体处理后,获得WS_2单晶阵列模板,以此种WS_2阵列模板为基底,CdI_2纳米片在WS_2上成核并生长,制备出規则的CdI_2-WS_2垂直异质结阵列拉曼成像结果证明了CdI_2纳米片垂直生长在WS_2上。光学显微镜图显示六边形CdI_2采取两种生长取向:少数平行于WS_2边界,多数与WS_2边堺成30°。

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