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、庫倫阻塞等效應(yīng), 進而會顯著影響體系的力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性能。同時 , 由于低維體系具有較大的比表面積, 在構(gòu)成器件時形成的界面也會對器件性能產(chǎn)生重要影響。 因此 , 對低維體系性質(zhì)的探索 , 不僅可以拓寬對未知領(lǐng)域的理解 , 還對未來器件的設(shè)計與優(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ZnO納米線量子輸運性能的影響、黑磷 /InSe 二維

2、異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光電特性以及Bi2Te3 二維薄片的生長調(diào)控和輸運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 , 我們通過二次生長和界面包裹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)電曲面獨特的量子相干輸運行為。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度 L 可超過 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度相當(dāng)?shù)臉悠分? 觀察到顯著的 AAS振蕩效應(yīng) , 進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 , 我們通過機械剝離 - 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 0.83, 遠大于已報道的純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

5、行進一步調(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出不同 Sb 摻雜濃度的 (BixSb1-x)2Te3薄片 , 并且通過改變襯底溫度和生長氣壓實現(xiàn)了樣品成核密度、尺寸和厚度的調(diào)控。此外 , 通過二次生長的辦法 , 我們生長出硯臺形(BixSb1-x)2Te3/Sb2Te3 異質(zhì)結(jié)。我們對生長的 Bi2Te3 薄片的輸運性質(zhì)進行了較為系統(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 薄片有上下兩個不相互耦合的二維表面態(tài)。此外 , 我們通過改變磁場方向的磁阻測量, 進一步證實了反弱局域化效應(yīng)來源于 Bi2Te3 二維拓撲表面態(tài)。 最后我們在 2K 下觀測到了 Shubnikov-de Haas 振蕩 , 進而證實了 Bi2T