二維材料異質結構元件光電特性探討

Abstract

本實驗主要分成兩部分，其中一部分探討二硒化錫(SnSe2)、二硒化鎢(WSe2)及六方氮化硼(h-BN)異質結構之光電特性與空乏區電場分布情況。藉由機械式剝離及乾式轉印技術，將30 nm h-BN、5 nm WSe2及10 nm SnSe2依序堆疊在300 nm厚的二氧化矽基板上，其厚度分別為30 nm、5 nm、10 nm，並使用標準電子束微影技術製作出鈦金電極(10 nm/90 nm)。二硒化錫大小約為25 μm × 17 μm，二硒化鎢大小約為30 μm × 20 μm，兩材料重疊區域大約為10 μm × 20 μm。 元件在VDS = -1.6 V 時，其開關比可達106，次臨界擺幅(Subthreshold Swing)約0.54 V/dec。藉由物鏡將波長633 nm、強度5 nW雷射聚光在樣品表面，光點直徑約為1.5 μm，再搭配低雜訊電流放大器及鎖相放大器所組成之掃描光電流量測系統對元件做光電特性及空乏區電場分布情況研究。將雷射光點覆蓋整個樣品，量測元件短路電流(ISC)和開路電壓(VOC)隨不同VGS值的變化，在VGS = 0 V和VDS = -0.26 V時，可獲得最大光偵測率2.97×1012 Jones，在VGS = 40 V和VDS = 2 V時，最大光響應度為100 A / W。最後使用分光儀量測光電流頻譜。綜述上論，我們發現由二硒化鎢(WSe2)和二硒化錫(SnSe2)組成的異質結構具有出色光響應，可以用作光電感測器或光伏(photovoltaic)元件。 另一部分探討，不同絕緣層對於單層二硫化鉬電晶體的影響，首先先製作使用二氧化矽為絕緣層的背閘極單層二硫化鉬，加上不同的passivation比較電性變化，接著將背閘極絕緣層改為h-BN，再使用不同的passivation比較電性變化，最後製作上下閘極絕緣層均為h-BN，使用石墨烯做為電極的單層二硫化鉬元件，最大電流為150 uA，SS約為100 mV/dec，其開關比可達108，最後在利用C-V量測對絕緣層電容值進行修正，得到載子遷移率高達200 cm2/V·s。