MOCVD生长晶圆尺寸二维材料范德华异质结及其光电性能研究
结题报告
批准号:
51772145
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
郝玉峰
依托单位:
学科分类:
E0207.无机非金属半导体与信息功能材料
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
王钦、李涛涛、孟岩、韩祯、牛唯昱
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中文摘要
十多年来,通过对以石墨烯为代表的二维材料的可控生长、物性表征、器件开发的研究使这一领域的前景更为广阔。过渡金属二硫族化合物(TMDC)是二维材料中另一类重要的功能材料,在光电子学、柔性电子学等领域有实用价值。而由不同TMDC薄膜构成的纵向范德华异质结对进一步拓展光电器件性能、开创新型器件具有关键意义。本项目拟以二硫化钼(MoS2)和二硒化钨(WSe2)两种重要的TMDC为例,采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术生长晶圆尺寸、低成核密度、高结晶质量的单层薄膜,并在此基础上通过范德华外延机制原位直接生长MoS2/WSe2范德华异质结。我们将探索合适的生长衬底、气态源、生长参数等控制异质结成核和生长动力学过程,优化生长条件,预期在2英寸衬底上获得均匀双层面积超过95%的高结晶质量、原子级陡峭界面的范德华异质结薄膜。我们还将系统研究异质结的光电性能并构筑二维光伏、光探测器及其大面积器件阵列。
英文摘要
During the last decade, two-dimensional (2D) materials, e.g. graphene, have attracted extensive research interests in controlled growth, characterizations of physical properties, and design/construction of functional devices. Transition metal dichalcogenide (TMDC) is another type of functional 2D material, promising in optoelectronics, flexible electronics, and so on. More importantly, one can stack different TMDC layers into van der Waals heterostructures that are capable to improve the existing electronic and optical properties, but also create new functionality for applications. In this proposal, taking molybdenum disulfide (MoS2) and tungsten diselenide (WSe2) as examples, we would like to use metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) to grow wafer-scale, low nucleation density, single-layer films, and then in-situ grow wafer-scale MoS2/WSe2 van der Waals heterostructures via the van der Waals epitaxy mechanism. We will intensively explore various experimental details, such as proper substrates, gas-phase precursors, and processing parameters, to achieve the optimal growth conditions for 2 inch size uniformity, high crystalline quality heterostructures with atomically abrupt interface. We will then fabricate TMDC heterostructure-based photovoltaic and photo-detecting devices and device arrays for outstanding performance.
原子级厚度的过渡金属二硫族化合物(TMDC)是一类重要的二维半导体功能材料,在光电子学、柔性电子学等领域有实用价值。而由不同TMDC薄膜构成的纵向范德华异质结对进一步拓展光电器件性能、开创新型器件具有关键意义。本项目以二硫化钼(MoS2)和二硒化钨(WSe2)两种重要的TMDC为例,采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术生长了晶圆尺寸、低成核密度、高结晶质量的单层薄膜,并在此基础上通过范德华外延机制原位直接生长了MoS2/WSe2范德华异质结。我们探索并总结了各种生长参数,例如生长衬底、气态源、压强、温度、流量等对薄膜及异质结成核和生长动力学机制,获得了优化的生长条件。我们已经能在2英寸衬底上获得均匀双层面积超过95%的高结晶质量、原子级陡峭界面的范德华异质结薄膜。我们还成功构筑并研究了基于二维半导体的光电器件。另外,我们还开拓了新的研究内容,如高品质多层石墨烯的制备与耐久性防腐特性研究;基于机器学习的多种二维材料的制备与表征等工作。在本项目支持下,我们先后在Nano Letters、ACS NANO等国际著名期刊发表11篇论文,申请相关专利5项,毕业/出站研究生、博士后等七名。我们已超额完成了项目的各项任务。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
The de Hass-van Alphen quantum oscillations in a three-dimensional Dirac semimetal TiSb2
三维狄拉克半金属 TiSb2 中的 de Hass-van Alphen 量子振荡
DOI:--
发表时间:2020
期刊:Applied Physics Letters
影响因子:4
作者:Xia Wei;Shi Xianbiao;Wang Yushu;Ge Wennan;Su Hao;Wang Qin;Wang Xia;Yu Na;Zou Zhiqiang;Hao Yufeng;Zhao Weiwei;Guo Yanfeng
通讯作者:Guo Yanfeng
Enhanced dynamic performance of twisted and coiled soft actuators using graphene coating
使用石墨烯涂层增强扭曲和卷绕软执行器的动态性能
DOI:10.1016/j.compositesb.2019.107499
发表时间:2019-12-01
期刊:COMPOSITES PART B-ENGINEERING
影响因子:13.1
作者:Piao, Chengxu;Jang, Hoyoung;Suk, Ji Won
通讯作者:Suk, Ji Won
DOI:10.1021/acs.chemmater.0c01660
发表时间:2020-07
期刊:Chemistry of Materials
影响因子:8.6
作者:Suk Ji Won;Hao Yufeng;Liechti Kenneth M.;Ruoff Rodney S.
通讯作者:Ruoff Rodney S.
Simultaneous generation of direct- and indirect-gap photoluminescence in multilayer MoS2 bubbles
多层 MoS2 气泡中同时产生直接和间接间隙光致发光
DOI:10.1103/physrevmaterials.4.074006
发表时间:2020-07-20
期刊:PHYSICAL REVIEW MATERIALS
影响因子:3.4
作者:Luo, Hailan;Li, Xuanyi;Zhou, Xingjiang
通讯作者:Zhou, Xingjiang
DOI:10.1103/physrevb.101.155117
发表时间:2019-12
期刊:Physical Review B
影响因子:3.7
作者:Xia Wei;Shi Xianbiao;Zhang Yong;Su Hao;Wang Qin;Ding Linchao;Chen Leiming;Wang Xia;Zou Zhiqiang;Yu Na;Pi Li;Hao Yufeng;Li Bin;Zhu Zengwei;Zhao Weiwei;Kou Xufeng;Guo Yanfeng
通讯作者:Guo Yanfeng
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