【摘 要】
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二维各向异性材料由于不对称晶体结构导致其拥有角度依赖的物理、化学性质,表现出显著取向差异性的光学、电学和力学性能,在各向异性的电子、光电子等领域有巨大的应用前景。二硫化铼(ReS2)作为其中典型代表之一,由于独特的物理性质和各向异性近年来引起人们广泛的关注。层内晶体原子的佩尔斯畸变导致其产生强的各向异性和弱的层间耦合,使其在新型逻辑器件、光电探测器、热响应器件等领域表现出极大的应用潜力。并且,特有
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二维各向异性材料由于不对称晶体结构导致其拥有角度依赖的物理、化学性质,表现出显著取向差异性的光学、电学和力学性能,在各向异性的电子、光电子等领域有巨大的应用前景。二硫化铼(ReS2)作为其中典型代表之一,由于独特的物理性质和各向异性近年来引起人们广泛的关注。层内晶体原子的佩尔斯畸变导致其产生强的各向异性和弱的层间耦合,使其在新型逻辑器件、光电探测器、热响应器件等领域表现出极大的应用潜力。并且,特有的线性二向色性,已经使其在全新的角度敏感电子和光电领域崭露头角。尽管二硫化铼拥有众多优异的性质和广泛的应用前景,但由于其结构和性质的特殊性,二硫化铼的可控制备仍然是制约其发展和应用的主要难题。虽然目前基于化学气相沉积(CVD)的方法能够在云母衬底上实现二维ReS2百微米尺寸的可控合成,但云母衬底与传统半导体工艺不兼容性是其真正应用的又一阻碍。而且,对于新兴的各向异性应用领域,其各向异性的差异程度是否能满足实际的应用需求,如何扩大其各向异性差异,实现各向异性的可控调节将会是未来角度敏感器件应用领域需要考虑的问题。基于此,我们在二硫化铼的可控合成和各向异性调控及应用等方面做了如下工作:(1)采用了碱金属盐辅助CVD的合成方法,解决了ReS2在硅片表面不对称生长枝状结构或面外生长花状结构等低质量晶体形貌的难题。盐物质的加入与源形成合金,降低了反应物的熔点和反应原子在衬底表面的生长势垒,进而实现了在硅片表面大尺寸二维薄层ReS2的生长。各向异性光电研究发现,ReS2分别表现出高达2.8和5.6的各向异性迁移率比和光响应比,显示其具有优异的电子和光电各向异性。这种盐辅助的高质量ReS2生长策略与传统半导体工艺相兼容,为其他二维材料的可控合成提供了参考。(2)利用栅压和温度对ReS2进行电荷注入,系统研究了各向异性电学性质的演变,证明栅压和温度是其各向异性可控调节的有效方式。研究进一步发现,在低电荷注入水平上,ReS2不同晶格取向上缺陷或空位引起的相关载流子散射对调制过程起着至关重要的作用。相反,随着电荷注入水平的提高,散射作用可以被有效地抑制,使ReS2的电子各向异性恢复到其固有值。栅压和温度引入的电荷掺杂作用不仅揭示了ReS2各向异性与缺陷/空位之间的紧密关系,而且对后续各向异性材料的各向异性研究具有一定的指导意义。(3)上一个工作中,我们利用栅压和温度对载流子浓度实现了全局化调控,在这个工作中我们将铁电薄膜P(VDF-Tr FE)和ReS2复合,利用原子力探针对铁电薄膜进行具有高度空间取向性的局域化选区极化,实现了ReS2电子各向异性大范围的可控调制,这种新的调控策略使本征的各向异性调制范围实现了将近一个数量级的提升。(4)通过两步法合成了2D CsPbBr3/2D ReS2垂直异质结,开展了基于ReS2基底外延生长的各向同性材料上进行各向异性诱导调控的初步探索,证明了异质结存在层间电子耦合和电子转移过程。角分辨PL测试表明,各向异性的ReS2基底一定程度上影响了异质结上CsPbBr3角度依赖的光致发光,这可能归因于异质结耦合导致的CsPbBr3电子态重分布。这种以ReS2为基底构筑异质结诱导各向异性产生的策略将会是未来ReS2各向异性应用的可能趋势之一。
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