ZnO納米線的界面摻雜調(diào)控及BPInSe異質(zhì)結(jié)的偏振光電響應(yīng).doc

1、ZnO納米線的界面摻雜調(diào)控及BP/InSe 異質(zhì)結(jié)的偏振光電響應(yīng)低維體系由于載流子波函數(shù)在某些維度方向上受限, 導(dǎo)致出現(xiàn)小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子隧穿、庫(kù)倫阻塞等效應(yīng), 進(jìn)而會(huì)顯著影響體系的力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性能。同時(shí) , 由于低維體系具有較大的比表面積, 在構(gòu)成器件時(shí)形成的界面也會(huì)對(duì)器件性能產(chǎn)生重要影響。 因此 , 對(duì)低維體系性質(zhì)的探索 , 不僅可以拓寬對(duì)未知領(lǐng)域的理解 , 還對(duì)未來(lái)器件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化起到至關(guān)重要的作用。本論文中 , 我們將以一維 ZnO納米線和二維層狀材料（黑磷、InSe 和Bi2Te3 ）為例 , 圍繞界面摻雜調(diào)控對(duì)ZnO納米線量子輸運(yùn)性能的影響、黑磷 /InSe 二維

2、異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光電特性以及Bi2Te3 二維薄片的生長(zhǎng)調(diào)控和輸運(yùn)特性等方面開展研究 , 主要內(nèi)容如下 : 在第一章中 , 我們首先以一維ZnO納米線和二維層狀材料為例,介紹了低維材料的結(jié)構(gòu)、 生長(zhǎng)方法以及它們的光學(xué)、 電學(xué)和光電性能等方面的研究進(jìn)展。然后 , 我們闡述了本論文的研究意義以及內(nèi)容概要。在第二章中 , 我們通過(guò)二次生長(zhǎng)和界面包裹AlxOy 的辦法 , 成功制備了界面Al 摻雜和界面本征摻雜的ZnO納米線。研究發(fā)現(xiàn) , 界面本征摻雜的 ZnO納米線呈現(xiàn)半導(dǎo)體特性 , 而界面 Al 摻雜可以將納米線從半導(dǎo)體性調(diào)控為金屬性。在界面本征摻雜和界面Al 摻雜樣品中都觀察到準(zhǔn)二維的弱局域化效應(yīng)。更

3、有趣的是, 在界面 A1 摻雜的 ZnO納米線中 , 我們還發(fā)現(xiàn)了準(zhǔn)二維的普適電導(dǎo)漲落現(xiàn)象。這些現(xiàn)象揭示了納米尺度的閉合導(dǎo)電曲面獨(dú)特的量子相干輸運(yùn)行為。由于界面 Al 摻雜的 ZnO納米線中的電子 - 聲子散射被顯著抑制 , 弱局域化效應(yīng)和普適電導(dǎo)漲落得到的低溫下電子的退相干長(zhǎng)度 L 可超過(guò) 100nm,比界面本征摻雜納米線的L 提高了至少 5 倍。此外 , 我們還在界面層閉合曲面直徑與退相干長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)臉悠分? 觀察到顯著的 AAS振蕩效應(yīng) , 進(jìn)一步證明了納米線中存在閉合的桶狀導(dǎo)電界面層。在第三章中 , 我們通過(guò)機(jī)械剝離 - 堆疊的辦法制備了BP/InSe 垂直 p-n 異質(zhì)結(jié)。在暗場(chǎng)下 ,

4、 我們發(fā)現(xiàn)該異質(zhì)結(jié)呈現(xiàn)整流特性并受到柵壓的調(diào)控。由于 BP的各向異性光吸收特性 , 該器件的光電流顯著依賴于激發(fā)光的偏振方向, 最大偏振比可達(dá) 0.83, 遠(yuǎn)大于已報(bào)道的純BP光電晶體管的偏振比。這一結(jié)果可歸結(jié)為我們制備的p-n 異質(zhì)結(jié)可以有效地降低BP中光生載流子的復(fù)合幾率。此外 , 由于多層 BP和 InSe 均為較小帶隙的直接帶隙半導(dǎo)體, 且本征載流子遷移率較高 , 導(dǎo)致 BP/InSe 異質(zhì)結(jié)的光電探測(cè)器件具有寬譜 （可見 - 近紅外）的光響應(yīng)和很快的光響應(yīng)速率 （20-30ms）。我們還觀察到 BP/InSe 異質(zhì) p-n 結(jié)具有光伏特性 , 其光電流、響應(yīng)度和外量子效率也可由柵壓進(jìn)

5、行進(jìn)一步調(diào)控。在第四章中 , 我們用氣相沉積的辦法分別在氟晶云母襯底和氧化硅襯底上生長(zhǎng)出不同 Sb 摻雜濃度的 (BixSb1-x)2Te3薄片 , 并且通過(guò)改變襯底溫度和生長(zhǎng)氣壓實(shí)現(xiàn)了樣品成核密度、尺寸和厚度的調(diào)控。此外 , 通過(guò)二次生長(zhǎng)的辦法 , 我們生長(zhǎng)出硯臺(tái)形(BixSb1-x)2Te3/Sb2Te3 異質(zhì)結(jié)。我們對(duì)生長(zhǎng)的 Bi2Te3 薄片的輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究 , 觀察到 Bi2Te3 薄片具有金屬 -半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變導(dǎo)電特性和反弱局域化效應(yīng), 數(shù)據(jù)擬合表明Bi2Te3 薄片有上下兩個(gè)不相互耦合的二維表面態(tài)。此外 , 我們通過(guò)改變磁場(chǎng)方向的磁阻測(cè)量, 進(jìn)一步證實(shí)了反弱局域化效應(yīng)來(lái)源于 Bi2Te3 二維拓?fù)浔砻鎽B(tài)。 最后我們?cè)?2K 下觀測(cè)到了 Shubnikov-de Haas 振蕩 , 進(jìn)而證實(shí)了 Bi2T