金屬與二維半導體材料的界面應力調控和電子輸運研究

《金屬與二維半導體材料的界面應力調控和電子輸運研究》是依託北京科技大學，由孫穎慧擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：金屬與二維半導體材料的界面應力調控和電子輸運研究
• 依託單位：北京科技大學
• 項目負責人：孫穎慧
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

二維半導體材料具有廣泛的套用前景和重要的基礎研究價值，成為材料領域的一個研究熱點。極薄的二維材料非常容易受到界面環境的影響，比如界面上的帶電雜質、界面引起的結構缺陷等，都會影響其器件性能。其中，金屬電極和二維半導體的接觸和界面相互作用，是影響電子器件和光電器件性質的關鍵之一。從微觀角度去認識金屬和二維半導體界面的電荷轉移，以及界面處應力對其電學、光學性質的影響，是研究金屬和二維半導體材料相互作用的重要組成部分。本項目將利用電學測量、光譜學方法和原位高分辨透射電鏡表征，系統地研究金屬納米顆粒對二維半導體材料的電子注入特性、界面處的局域應力分布和弛豫問題，以及利用金屬納米顆粒的表面等離激元共振研究不同二維半導體材料的層間相互作用。本項目不僅能夠加深人們對於金屬-二維半導體界面的基本問題的理解，並能夠通過界面作用調控二維半導體的性質，同時對於二維半導體材料光電器件的套用也具有重要的借鑑意義。

結題摘要

二維半導體材料由於其獨特的物理性質及其在光、電等領域廣闊的套用前景成為當前的研究熱點。金屬電極和二維半導體的接觸和界面相互作用是影響二維半導體電子器件和光電器件性質的關鍵。從微觀角度去認識金屬和二維半導體材料的界面結構和相互作用，探索其對器件電學、光學性質的影響規律，是獲得性能優異的二維半導體器件的有效途徑。本項目提出以MoS2二維半導體和貴金屬納米顆粒為主要研究對象，綜合運用多種微結構表征和光、電等物理性質測量方法，特別是利用原子分辨原位透射電鏡表征方法，結合計算模擬，系統地研究了二維半導體與金屬納米顆粒的界面接觸、界面局域應變及界面結構和光學特性演化等。 在Ag-MoS2界面局域應變隨時間弛豫的過程中，觀察到MoS2面內振動拉曼峰的劈裂隨之變化，發現了金屬-二維半導體異質結界面處的應力場分布隨時間的演變規律。運用環境氣氛球差校正透射電鏡對少層MoS2表面沉積Au納米顆粒的原子排列和結構演化進行了原位研究，發現Au顆粒在電子束輻照下的加速擇優取向和聚合生長。研究了藍寶石、SiO2/Si和雲母基底上單層MoS2表面沉積Ag顆粒引起的局域應變，發現單層MoS2與基底之間的界面相互作用是應變演化的關鍵。 在Appl. Phys. Rev.、Nano Res.、ACS Appl. Mater. Interfaces等刊物發表SCI論文8篇，產生了廣泛的國際影響，被Nature Photon.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.等論文正面評價引用；在國際和國內學術會議做邀請報告各2次，獲Poster Award和優秀牆報獎各1次；培養博士研究生2名、碩士研究生2名。研究工作在原子層次揭示了金屬與二維半導體材料的界面結構影響材料性能的微觀機理，為基於二維半導體材料的光電器件套用研究提供了理論和實驗基礎。