Ⅲ-Ⅴ化合物的范德华外延生长与应用

Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材料体系带隙涵盖范围广、载流子迁移率高,非常适宜用来制备发光二极管、激光器、高电子迁移率晶体管等光电子器件。在异质衬底上进行Ⅲ-Ⅴ化合物的共价外延时,只有外延层与衬底层间的晶格失配度较小时才能获得高质量外延层,而范德华外延已被证实可以有效放宽外延层与衬底层间晶格失配与热失配要求,有利于外延层的应力释放与质量提高,同时也易于外延层从衬底上剥离转移,为制备Ⅲ-Ⅴ化合物基新型光电子器件提供了便利。本文对二维(2D)材料、Ⅲ-Ⅴ化合物在石墨烯上的范德华外延过程以及使用范德华外延制备的Ⅲ-N基光电子器件的各项研究进行了讨论分析,并对其前景进行了展望。

范德华外延生长硫化镉二维纳米片及其光致发光性能研究

二维纳米材料具有独特的结构和优异的性能,在电子学及光电子学领域有广泛的应用前景,但关于硫化镉二维纳米材料的制备及性能研究还鲜有报道。本文首次采用范德华外延生长技术,在氟金云母片衬底上制备了硫化镉二维纳米片。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、X射线粉末衍射仪和拉曼光谱仪等分析手段对产物的形貌、厚度、晶体结构、成分等进行了系统的研究。结果表明,纳米片具有六方纤锌矿晶体结构,尺寸约为几个微米,厚度约为几十纳米。范德华外延生长技术在硫化镉二维单晶纳米片制备上的成功应用,为其它二维非层状材料的制备提供了新的思路,并使其在高性能电子和光电子器件上的应用成为了可能。

拓扑绝缘体二维纳米结构与器件

拓扑绝缘体是一种全新的量子功能材料,具有绝缘性体能带结构和受时间反演对称性保护的自旋分辨的金属表面态,属于Dirac粒子系统,将在新原理纳电子器件、自旋器件、量子计算、表面催化和清洁能源等方面有广泛的应用前景.理论和实验相继证实Sb2Te3,Bi2Se3和Bi2Te3单晶具有较大的体能隙和单一Dirac锥表面态,已经迅速成为了拓扑绝缘体研究中的热点材料.然而,利用传统的高温烧结法所制成的拓扑绝缘体单晶块体样品常存在大量本征缺陷并被严重掺杂,拓扑表面态的新奇性质很容易被体载流子掩盖.拓扑绝缘体二维纳米结构具有超高比表面积和能带结构的可调控性,能显著降低体态载流子的比例和凸显拓扑表面态,并易于制备高结晶质量的单晶样品,各种低维异质结构以及平面器件.近年来,我们一直致力于发展拓扑绝缘体二维纳米结构的控制生长方法和物性研究.我们发展了拓扑绝缘体二维纳米结构的范德华外延方法,实现了高质量大比表面积的拓扑绝缘体二维纳米结构的可控制备,并实现了定点与定向的表面生长.开展拓扑绝缘体二维纳米结构的谱学研究,利用角分辨光电子能谱直接观察到拓扑绝缘体狄拉克锥形的表面电子能带结构,发现了拉曼强度与位移随层数的依赖关系.设计并构建拓扑绝缘体纳米结构器件,系统研究其新奇物性,观测到拓扑绝缘体Bi2Se3表面态的Aharonov-Bohm(AB)量子干涉效应等新奇量子现象,通过栅电压实现了拓扑绝缘体纳米薄片化学势的调控,并将拓扑绝缘体纳米结构应用于柔性透明导电薄膜.本文首先简单介绍拓扑绝缘体的发展现状,然后系统介绍我们开展的拓扑绝缘体二维纳米结构的范德华外延生长、谱学、电学输运特性以及透明柔性导电薄膜应用的研究,最后对该领域所面临的机遇和挑战进行简要的展望.