掺杂黑磷晶体的可控生长、物性调控及器件应用研究
批准号:
51732010
项目类别:
重点项目
资助金额:
300.0 万元
负责人:
柳忠元
依托单位:
学科分类:
无机非金属材料
结题年份:
2022
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
高国英、杨兵超、杨瑞龙、贾志研、刘超、曾中明、吕伟明、罗鑫、王超
中文摘要
二维黑磷晶体具有宽度可调的直接带隙、优异的光、电、力学特性以及独特的强面内各向异性,在电子、光电子器件等领域呈现出广阔的应用前景,然而,环境稳定性差和缺乏有效的生长制备技术严重限制了其实用价值。本项目针对这两大瓶颈问题开展研究,内容包括:采用高温高压技术进行异种元素的可控掺杂提高黑磷晶体环境稳定性,生长大尺度掺杂黑磷晶体和制备物理沉积所需靶材;发展物理沉积方法并结合后续高压处理制备二维黑磷晶态薄膜的技术工艺;阐明掺杂元素与掺杂量对二维黑磷晶体环境稳定性和基本物理特性的调控作用及机制;设计和构造基于二维黑磷晶体的新型异质结构,如二维黑磷-W(Mo)S2、二维黑磷-磁性薄膜、二维黑磷-W(Mo)S2-磁性薄膜等,研究表面与界面效应以及相关的新颖物理特性,构造和发展新型电子、光电子与自旋电子原型器件。本项目的实施可为黑磷在电子、光电子器件等领域的实际应用奠定材料制备与器件应用基础。
英文摘要
Two dimensional black phosphorus (BP) atomic crystal, which has a tunable direct bandgap, excellent optical, electric and mechanical properties and unique strong in-plane anisotropy, exhibits wide application prospects in electronic, optoelectronic devices, etc. However, the practical values of black phosphorus have been severely limited by environmental instability and lack of efficient growth and preparation technology. The present project is designed to be against these two bottlenecks, and the following contents are included: Improve the environmental stability of black phosphorus via controllably doping of heterogeneous elements, Grow and prepare large-size doped BP crystal and targets for physical deposition; Develop the effective growth process for physical deposition of two dimensional BP film; Investigate and clarify the function and mechanism of doped heterogeneous elements and their quantities in regulating the environmental stability and fundamental physical properties of two dimensional BP crystal; Design and construct novel heterogeneous structures based on two dimensional BP crystal, for examples, two dimensional BP crystal-two dimensional W(Mo)S2 crystal, two dimensional BP crystal-magnetic thin film, two dimensional BP crystal- two dimensional W(Mo)S2 crystal -magnetic thin film, etc., Investigate the surface and interface effects and related novel physical properties, Fabricate and develop novel electronic, optoelectronic and spintronic prototype devices. Implementation of the present project will lay the foundations for material and device preparation in the future application of BP in fields of electronics, optoelectronics, etc.
由于黑磷的环境稳定性差和生长制备技术耗时、成本高及产量低等限制了其应用价值。高温高压生长制备技术是一种截留大尺寸亚稳相单晶的有效方法之一。本项目通过高温高压技术生长制备了大尺寸高质量的黑磷晶体,并通过元素掺杂的手段提高黑磷的环境稳定性。在此基础上,生长制备了新型磷基层状晶体,并研究其在电子器件、能源存储、微波吸收、生物工程修复和治疗等方面的应用。设计和构建基于二维层状材料的异质结构,研究了其相关的物理特性,探索其在光电子器件、自旋电子器件中的应用。. 1)高温高压技术生长制备大尺寸高质量黑磷晶体与新型磷基层状晶体及其物理性质和应用研究。以红磷和硫粉为原料,成功生长制备了厘米级尺寸高质量硫掺杂黑磷晶体,元素掺杂后黑磷的环境稳定性被明显的提高。此外,通过氢气处理也可以明显提高黑磷的环境稳定性。黑磷的生长成本降低到市场价格的近百分之一。以红磷和Ge、In、Si或Sn等为原料了,生长制备了多种厘米级尺寸高质量的磷基层状晶体,如GeP、GeP3、GeP5、InP3、SiP、SnP3等。系统研究了黑磷及磷基层状晶体的高压调控其超导电性、电子输运性质等物理特性,探索其在场效应晶体管、生物工程修复及癌症治疗、电化学储能和催化等方面的应用。2)化学气相沉积CVD(或化学气相输运)方法制备单层及少层过渡金属硫族化合物及其物理特性。在单层二维晶体表面外延生长制备了多晶型In2Se3晶体,详细表征了不同晶型的In2Se3的晶体结构和相对应的Raman特征峰,研究了热驱动可逆相变、铁电性质、应力效应、磁各向异性的电场调控等。CVD生长了晶圆级连续的单层二硫化钨和二硫化钼,讨论其生长动力学和热力学过程。为后面构建异质结构提供材料基础。3)设计和构建新型二维异质结构及其性能研究。通过CVD生长多种横向及垂直异质结和人工搭建黑磷基垂直异质结,研究了异质层状晶体之间的相互作用对结构相变的影响、面内电场调控垂直铁电极化、非线性光学等物理特性,提高光电探测器件、自旋电子器件、铁电器件等原型器件的性能。本项目的实施为黑磷在电子器件、光电子器件、生物医学等领域的应用奠定材料基础和器件应用基础。
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Enhanced microwave absorption properties of MnS2 microspheres interspersed with carbon nanotubes
碳纳米管散布的MnS2微球增强微波吸收性能
DOI:
10.1016/j.jmmm.2020.166432
发表时间:
2020-05
期刊:
Journal of Magnetism and Magnetic Materials
影响因子:
2.7
作者:
[Chao Liu, Bochong Wang, Congpu Mu, Kun Zhai, Fusheng Wen, Jianyong Xiang, Anmin Nie, Zhongyuan Liu]
通讯作者:
Zhongyuan Liu
Magnetization dependent spin orbit torques generated by ferrimagnetic FeCoTb alloys
亚铁磁性 FeCoTb 合金产生的磁化相关自旋轨道扭矩
DOI:
10.1016/j.jallcom.2022.167351
发表时间:
2023
期刊:
Journal of Alloys and Compounds
影响因子:
--
作者:
[Qian Chen, Qingjie Guo, Zhaocong Huang, Bin Fang, Shangkun Li, Weiming Lv, Rongxin Li, Yi Luo, Jun Du, Baoshun Zhang, Ya Zhai, Yaming Fan, Zhongming Zeng]
通讯作者:
Zhongming Zeng
DOI:
10.1016/j.commatsci.2019.109205
发表时间:
2020
期刊:
Computational Materials Science
影响因子:
3.3
作者:
[Peifang Li, Xindi Du, Guoying Gao, Rongxin Sun, Lijuan Zhang, Weihua Wang]
通讯作者:
Weihua Wang
Metallic Layered Germanium Phosphide GeP5 for High Rate Flexible All-Solid-State Supercapacitors
用于高倍率柔性全固态超级电容器的金属层状磷化锗GeP5
DOI:
10.1039/c8ta06568c
发表时间:
2018
期刊:
Journal of Materials Chemistry A
影响因子:
11.9
作者:
[Bingchao Yang, Anmin Nie, Yukai Chang, Yong Cheng, Fusheng Wen, Jianyong Xiang, Lei Li, Zhongyuan Liu, Yongjun Tian]
通讯作者:
Yongjun Tian
Direct one-step synthesis of CoFex@Co@C hybrids derived from a metal organic framework for a lightweight and high-performance microwave absorber
直接一步合成源自金属有机框架的CoFex@Co@C杂化物,用于轻质高性能微波吸收剂
DOI:
10.1088/1361-6528/ab5620
发表时间:
2019-11
期刊:
Nanotechnology
影响因子:
3.5
作者:
[Bochong Wang, Wenjun Ruan, Congpu Mu, Anmin Nie, Fusheng Wen, Jianyong Xiang, Zhongyuan Liu]
通讯作者:
Zhongyuan Liu
共 84 条
新型亚稳磷基层状晶体材料的高温高压可控生长、物性调控及应用研究
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批准号:U21A2086
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项目类别:--
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资助金额:260.00万元
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批准年份:2021
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负责人:柳忠元
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依托单位:
Co基Husler合金磁性薄膜的垂直磁各向异性、各向异性磁电阻与弱局域化效应的研究
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批准号:51571171
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2015
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负责人:柳忠元
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依托单位:
空位有序化的非化学计量过渡族金属碳化物氧化机制及相关现象研究
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批准号:51272225
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2012
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负责人:柳忠元
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依托单位:
Ga2-xFexO3的多晶型及相应磁有序结构研究
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批准号:51172198
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2011
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负责人:柳忠元
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依托单位:
Co/Pt多层膜中超薄反铁磁覆盖层对Co层之间的磁耦合调控
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批准号:50871096
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项目类别:面上项目
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资助金额:36.0万元
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批准年份:2008
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负责人:柳忠元
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依托单位:
易磁化轴垂直于膜面的铁磁/氧化物绝缘层/铁磁系统中的垂直层间交换耦合
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批准号:50672082
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项目类别:面上项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2006
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负责人:柳忠元
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依托单位:
国内基金
海外基金