【摘 要】
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近年来,随着柔性可穿戴设备、纳米机器人、柔性传感器等压电电子的兴起,二维材料压电效应受到越来越多的关注。其中硫化钼作为二维材料的典型代表,近年来被广泛研究,其具有稳定性好、机械强度高、带隙可调等优点,可在现有研究上进一步推进压电技术的发展。因此,研究硫化钼薄膜大面积高质量制备和硫化钼压电效应对器件性能影响是实现其实际应用的基础。化学气相沉积法(CVD)是制备连续均匀高质量硫化钼薄膜的主要方法,具有
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近年来,随着柔性可穿戴设备、纳米机器人、柔性传感器等压电电子的兴起,二维材料压电效应受到越来越多的关注。其中硫化钼作为二维材料的典型代表,近年来被广泛研究,其具有稳定性好、机械强度高、带隙可调等优点,可在现有研究上进一步推进压电技术的发展。因此,研究硫化钼薄膜大面积高质量制备和硫化钼压电效应对器件性能影响是实现其实际应用的基础。化学气相沉积法(CVD)是制备连续均匀高质量硫化钼薄膜的主要方法,具有操作简便、生长可控的优点。本文采用“倒扣”CVD法制备硫化钼薄膜,可制备出表面均匀高质量薄膜,但存在薄膜尺寸较小的情况。针对反应过程中反应源不足、中间产物较多限制薄膜尺寸的问题,本文提出改变钼片形状来增加反应源浓度。对比弯折钼片前后硫化钼薄膜生长情况,发现弯折钼片后,近硫端和远硫端硫化钼薄膜尺寸更大,中间区域薄膜生长质量更高,弯折钼片促进了硫化钼薄膜生长,更易于获得大尺寸、高密度的硫化钼薄膜。实验采用Raman光谱、PL光谱和AFM分析表征了硫化钼薄膜的厚度和质量。Raman光谱中A1g峰位于403.85cm-1,E~12g峰位于385.78cm-1,它们之间的频率差为18.07cm-1,表明生长的硫化钼薄膜为单层。PL光谱中A1峰位于673.04nm处,表明硫化钼的带隙约为1.8e V。AFM测量得到硫化钼薄膜厚度约为0.87nm,生长的硫化钼为单层薄膜,Ra为0.66nm,粗糙度较小。在硅衬底上制备了MS(金属-半导体)结构和PN结结构器件,并采用湿法转移工艺将硫化钼转移到PET上,制备了柔性MS结构器件,测量了压电效应对器件I-V特性的影响。测试结果表明:(1)对于硅衬底MS结构器件,对薄膜施加压缩应变将减小输出电流,施加拉伸应变将增大输出电流。计算了部分电压下对应的势垒高度变化情况,得到施加压缩应变使势垒高度增高,施加压缩应变使势垒高度减小;(2)对于硅衬底PN结,发现施加应变使正偏电流明显增加,整流比从53.4增加到100.9,压电效应对PN结势垒调制使整流比增加;(3)对于柔性器件,测量得到薄膜产生0.24%的形变时,单层硫化钼MS结构器件存在压电效应,使电流不对称调制,双层硫化钼MS结构器件存在压阻效应,电流对称调制。本文通过对硫化钼器件电学行为的分析,研究了压电效应对器件中势垒的影响,希望以此能对二维材料的压电特性进行进一步理解,本文工作对今后二维材料压电器件的研究提供了有益探索。
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