WS2纳米管的电学和光电特性及其纳米器件研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)纳米器件物理与化学教育部重点实验室 作者:陈清

WS2纳米管的电学和光电特性及其纳米器件研究

陈清

纳米器件物理与化学教育部重点实验室,北京大学信息科学技术学院电子学系

  与石墨烯类似,硫化钼和硫化钨等无机材料也具有层状结构,层间以范德瓦尔斯力相连,片层表面没有悬挂键,特别是它们本身具有半导体特性,还能吸收可见光。上述优异特性使它们成为研究热点[1,2] 。块体硫化钨具有与太阳光能量相当的带隙和很高的光吸收系数,在太阳能电池领域有很重要的应用。1992 年R. Tenne 教授首次发现硫化钨纳米管[3] ,之后该纳米管的机械、润滑性和光电特性都得到了深入的研究[4] 。但到目前,对硫化钨纳米管电学的研究还很有限[5]。我们首次系统研究了单根硫化钨纳米管的电学特性和光电特性[6,7] 。主要结果如下。

  我们首次系统研究了单根硫化钨纳米管的电学特性。单根硫化钨纳米管器件的I-V 曲线表现为非对称和非线性,表明接触处存在势垒。利用金属-半导体-金属(MSM)模型[8]对测量结果进行拟合,得到了载流子浓度、迁移率、电导率和源漏接触的势垒高度等重要电学参数。发现单根硫化钨纳米管的迁移率与块体中的相当,而比之前报道的纳米管的结果高几个数量级。

  我们进一步研究了水汽和氧气吸附对电学特性的影响。发现在空气中硫化钨纳米管的电导率和迁移率比在真空中小。分别在水汽、干燥的氧气和干燥的氮气环境中测量单根硫化钨纳米管的电学特性。发现水汽的吸附会降低纳米管的载流子迁移率和电导率。原因可能是水分子的吸附会形成载流子束缚中心或库仑散射中心。氧气也有类似的作用,但是对纳米管的影响比水汽小。氮气不影响纳米管的电学特性。对样品进行抽真空或在110 度烘烤的干燥处理,可以有效地使吸附在纳米管表面的水汽脱附,恢复单根硫化钨纳米管的电学特性。

  还研究了硫化钨纳米管的光电特性。该纳米管制成的光电探测器对633 纳米和785 纳米的光有快的响应(响应时间至少在200 微米以内),大的开关比和很高的外量子效率。

参考文献:

  (1) Z. Y. Yin, H. Li, L. Jiang, et al., ACS Nano, 6 (2012): 74-80.

  (2) L. T. Liu, S. B. Kumar, Y. Ouyang, et al., IEEE Trans. Elect. Devices, 58 (2011):3042-3047.

  (3) R. Tenne et al., Nature, 360 (1992): 3.

  (4) R. Tenne and M. Redlich, Chem. Soc. Rev., 39 (2010): 1423–1434.

  (5) H. E. Unalan, R. Tenne et al., IEEE Transactions on Electron Devices, 55 (2008):2988-3000.

  (6) C. Y. Zhang, S. Wang, L. J. Yang, et al., Appl. Phys. Lett., 100 (2012): 243101.

  (7) C. Y. Zhang, Z. Y. Ning, Y. Liu, et al., Appl. Phys. Lett., 2012, in press.

  (8) Z. Y. Zhang, K. Yao, Y. Liu, et al., Adv. Funct. Mater., 17 (2007): 2478–2489.

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