《大面積、高遷移率單層輝鉬薄膜的可控制備與摻雜研究》是依託電子科技大學,由陳遠富擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大面積、高遷移率單層輝鉬薄膜的可控制備與摻雜研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳遠富
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
相對於零帶隙的石墨烯，單層二硫化鉬（簡稱輝鉬）二維晶體因具有1.9 eV直接帶隙而成為當前邏輯和超低功耗器件的研究熱點。然而，目前大面積、高遷移率輝鉬薄膜的製備技術尚待突破，輝鉬電子器件研發和工程套用受到制約。針對這一難題，本項目擬首先系統研究輝鉬在具有六方結構的不同模板上的形核和生長機理，實現輝鉬薄膜的范德瓦爾斯外延生長；然後，通過對大面積輝鉬薄膜的生長和晶化動力學及結構和性能均一性的系統研究並最佳化工藝參數，實現大面積、高晶體質量、低缺陷濃度和晶界密度的大疇單晶輝鉬薄膜的可控制備，從而有效提高大面積輝鉬薄膜的遷移率；最後，通過理論計算篩選出輝鉬替位式摻雜元素，優選摻雜源並最佳化摻雜工藝，實現輝鉬薄膜的摻雜類型和濃度可控。本項目的研究，不僅對於輝鉬薄膜的形核、生長、晶化和摻雜機理以及缺陷、晶疇控制方法的深入理解具有科學意義，而且對於大面積、高遷移率、摻雜可控的輝鉬薄膜的研發具有工程意義。
結題摘要
在本項目的支持下，開展了以MoS2（輝鉬）為典型代表的MX2二維半導體材料體系的薄膜製備技術及MX2二維半導體納米片與石墨烯、碳納米管等的可控複合製備技術，系統研究了MX2材料及與複合材料體系的電學性能、光電性能、光催化特性、電催化特性及電化學性能。 採用化學氣相沉積（CVD）方法，系統研究了MX2二維半導體的形核機制及生長動力學規律；通過對工藝參數的最佳化，實現了MoS2、MoSe2、WS2、WSe2等MX2二維半導體大疇單晶的控制製備；進一步實現了厘米級ReS2薄膜、2英寸級MoS2大面積二維半導體薄膜的可控制備；實現了大面積、少數層HfS2、MoSe2垂直納米片薄膜的可控制備技術。採用水熱或溶劑熱等方法，系統研究了MoS2、WS2、WSe2、ReS2、ReSe2、NiSe2、CoSe2等少數層MX2納米片材料，進一步實現了MX2少數層納米片在石墨烯、碳納米管等表面的原位複合。 通過微納加工工藝，研製了基於MoS2、WSe2二維半導體溝道層的場效應電晶體並研究了其電學性能。研究表明：MoS2電晶體的遷移率隨溫度的增加出現下降趨勢，在200K以上遷移率下降趨勢更加顯著，MoS2電晶體室溫遷移率約達到40 cm2/V.s；WSe2二維半導體電晶體具有優異的電學性能，WSe2電晶體的開關比高達10的5次方，其室溫場效應遷移率高達400 cm2/V.s。 研製了基於垂直HfS2（V-HfS2）納米片的光電器件，研究表明該V-HfS2器件展現出優異的光學及光電特性：其在近紅外到紫外區間，具有很強、很寬的吸收特性；基於V-HfS2納米的光電感測器具有超快回響速度（24 ms）及很高靈敏度（1000）。 研究了MX2二維半導體材料及其複合材料的光催化、電催化、電化學等多功能特性。研究表明：WSe2及複合材料具有優異的光催化性能，研製的MoSe2、WS2、WSe2、NiSe2、CoSe2等材料及複合材料具有特別優異的電催化性能；MoS2、CoS2、ReS2等材料及其複合材料還具有優異的電化學儲能特性。在2D Materials、ACS AMI、J. Mater. Chem. A等期刊上發表了數28篇SCI論文，其中3篇論文入選ESI高被引用論文；申請了9項中國發明專利，其中3項已獲得授權。
