二维过渡金属二硫族化合物的载流子调控与器件研究
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二维过渡金属二硫族化合物的载流子调控与器件研究
近年来,二维过渡金属二硫族化合物（TMDs）引起了人们极大的研究兴趣。
由于其独特的性质,人们在TMDs中发现了很多新奇的物理现象,并探索了其各种潜在的器件应用。
载流子调控在半导体材料的基础研究和器件应用中有着十分重要的意义,对TMDs材料体系的载流子调控研究将促进该领域的发展。
本论文主要研究通过不同手段对二硫化钼（MoS<sub>2</sub>）、二硒化钨（WSe<sub>2</sub>）、二硫化铼（ReS<sub>2</sub>）这几种具有代表性的TMDs材料的载流子进行调控,并进一步探索其相关的物理性质和器件应用。
首先,在第三章中,我们结合包括光显微镜、拉曼光谱、原子力显微镜（AFM）对样品的层数和薄膜质量进行了表征。
通过场效应测量得到单层和双层
MoS<sub>2</sub>样品的电流开关比超过105,室温迁移率为～20cm2V-1s-1。
然
后我们利用离子液体这个强有力的载流子调控手段,对单层和双层
MoS<sub>2</sub>样品的输运性质进行了探索研究。
通过离子液体引入浓度高载流子,在单层MoS<sub>2</sub>中观察到金属-绝缘体转变;而在双层器件中除了
观察到金属-绝缘体转变,在更高的载流子浓度下还观察到了超导转变的迹象。
第四章中我们深入研究了离子液体调控下单层和双层MoS<sub>2</sub>样
品的超导转变。
对于双层MoS<sub>2</sub>样品,通过BKT模型研究了其二维超
导的性质。
在低温下,通过研究不同磁场下电阻随温度的演变发现双层
MoS<sub>2</sub>超导中的涡旋运动包括热激活蠕动（TAFF）和量子蠕动（quantumcreep）两种模式。
并且,在我们的实验情况下,双层MoS<sub>2</sub>超导转变温度随离子液体栅压（不超过10V）的增加而升高。
通过离子液体调节载流子浓度,在单层MoS<sub>2</sub>中也实现了超导,
其超导载流子浓度为～0.55×1014 cm-2。
对比研究了单层和双层
MoS<sub>2</sub>超导临界温度和载流子浓度的关系,我们发现单层
MoS<sub>2</sub>超导所需载流子浓度远低于双层（双层超导的最低载流子浓度为1.23×1014cm-2）。
结合第一性原理计算和拉曼光谱研究,我们发现在离子液
体引入载流子的过程中（重掺杂）,会导致单层MoS<sub>2</sub>中发生明显的
声子软化,这有可能与单层MoS<sub>2</sub>超导临界载流子浓度更低有关。
第
五章主要包括两部分内容,通过Ta掺杂实现本征P型WSe<sub>2</sub>和利用
ReS<sub>2</sub>晶体的各向异性对其载流子迁移率进行调控。
采用化学气相传输（CVT）方法生长出了 Ta掺杂的WSe<sub>2</sub>晶体,其表现出良好的p型场效应晶体管（FET）性能。
通过转移制备的
MoS<sub>2</sub>/W0.99Ta0.01Se<sub>2</sub>异质结表现出理想的二极管性能,理想因子～1,整流比达到105。
光电响应实验进一步证明异质结界面性能良好。
研究了具有低晶格对称性的ReS<sub>2</sub>晶体的电学特性,其电子迁移率在不同晶向表现出各向异性。
基于其各向异性导电行为,我们设计并制备了新型逻辑反相器,实现了最大增益值～4.4。