近年来,黑磷作为一种极具吸引力的二维半导体材料,以其优异的电子和光电子器件应用前景而倍受关注。黑磷是一种天然的P型半导体材料,其带隙可由块体约0.3 eV到单层约2.0 eV连续可调节,其室温空穴迁移率和电流开关比可以分别达到1000 cm2V-1s-1和105。其带隙恰好填补了零带隙的石墨烯与宽带隙的过渡金属硫化物之间的空白。黑磷的电学器件往往利用少层黑磷制备而成,但相较于有成熟的化学气相沉积法制备的石墨烯和二硫化钼,少层黑磷的直接生长并不成熟,目前获得高质量少层黑磷往往依赖于随机性很高的机械剥离法。另外,由于少层黑磷晶体管具有双极性的输运特性,双极性的有效调控,无疑会为制备和集成n型和p型黑磷场效应晶体管(FET)铺平道路,使制作基于黑磷的互补金属氧化物半导体(CMOS)器件成为可能。基于此,本论文围绕这些问题开展了相关的研究工作。首先用我们改进的化学气相输运法成功地生长了高质量黑磷单晶,并发展了一种利用金属辅助机械剥离制备大面积少层黑磷的方法。然后利用ZnO和MgO对黑磷进行表面电荷转移注入,并改进我们的场效应晶体管制作工艺以提高其电学性能。取得如下创新性成果:(1)改进了传统化学气相输运法制备黑磷的工艺,分别用温差法和恒温法成功制备了质量高、原料转化率高的黑磷单晶。(2)发展了 一种利用金属辅助机械剥离的方法制备了少层甚至单层黑磷,产率高且样品面积大。与常用的机械剥离法相比,金属辅助机械法制备的少层黑磷产率至少增加了 100倍,样品尺寸多大于50μm。并在此基础上制作了基于少层黑磷的场效应晶体管,进行了详细的电学性能测试与分析,其空穴迁移率为68.6 cm2V-1s-,电流开关比为105,证实少层黑磷依然保持高质量。(3)用ZnO和MgO对黑磷进行表面电荷转移注入,实验证明两者均可行且MgO效果更好。电子迁移率可以达到123cm2V-1s-1,电子开关比达到17000,空穴迁移率为203cm2V-1s-1,空穴开关比达到10000。(4)发现在溅射沉积MgO过程中黑磷结构有些许破坏,为了避免这种破坏,我们发展了一种先用云母封装再沉积MgO的方法,可有效保护黑磷且依然能进行表面电荷转移注入。空穴迁移率为53.3cm2V-1s-1,电子迁移率为34.8cm2V-1s-1,开关比在数百量级。并优化黑磷场效应晶体管制作工艺以期获得本征的黑磷输运特性。综上所述,我们在黑磷单晶生长、大面积少层黑磷制备和黑磷场效应晶体管性能的提升和调控等方面做了较为系统的工作,也尝试了一些提高黑磷场效应晶体管性能的方法。获得了一些有价值的研究成果,为黑磷的进一步的研究奠定了一定的基础。