硒化锗纳米片的制备及其吸附气体的电导性能研究

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在IV-VI族化合物二维材料M(M=Ge,n;=,e)中,二维硒化锗(Ge e)是一种具有直接带隙的半导体材料。它作为一种新型的二维材料,光谱吸收范围宽,在光学、电学等领域具有潜在的应用。目前关于硒化锗吸附气体的研究仅停留在理论研究阶段。本论文从实验入手,首先发展机械剥离和高温加热方法成功制备了二维硒化锗纳米片,并利用微纳加工工艺实现了其双电极型器件制备。在此基础上,探索了二维硒化锗纳米片吸附氧气和丁烷气体的电导性能,为基于二维硒化锗材料气体探测器的研发奠定了一定实验基础。获得的主要成果有:(1)通过优化高温减薄硒化锗的实验工艺流程,在机械剥离方法的基础上进行高温减薄,成功制备了几个原子层厚度的硒化锗纳米片。利用原子力显微镜、扫描电子显微镜、拉曼光谱显微镜、光致发光光谱仪对硒化锗样品进行了表征与观察。实验结果表明制备的二维硒化锗样品呈现表面均匀性,且厚度在5 nm左右,具有从可见光到近红外波段的光致发光性能。(2)通过机械剥离、匀光刻胶、激光直写、蒸发镀膜、剥离残胶等微纳加工工艺,制作了双极性硒化锗电极器件,并测试了硒化锗器件在吸附气体时的电导性能。发现当硒化锗吸附氧气时,电导率随着气体的浓度增加而增大。这是由于具有氧化性的氧气吸附在P型半导体硒化锗表面时,气体分子从硒化锗表面获取电子,导致硒化锗的多数载流子空穴浓度上升,从而增大其电导率。当硒化锗吸附丁烷气体时,电导率随着气体浓度的增加而减小。其原因是具有还原性的丁烷气体吸附在硒化锗表面时,气体分子易失去电子,且这部分电子转移到硒化锗表面后,中和了空穴形成电子空穴对,从而导致硒化锗的多数载流子空穴的浓度下降,电导率减小。
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