低能电子束辐照对一维半导体纳米材料电子传输和光电性能的影响及机理研究

Recently, the in-situ characterization of physical properties of the one-dimensional semiconductor nanomaterials by using in-situ electron microscope has attracted much attention all over the world. It is important to reveal the effect of electron-beam irradiation on the properties (e.g. electrical transport and optoelectrical properties) of one-dimensional semiconductor nanomaterials because the electron-beam irradiation is inevitable in the in-situ process. In this project, the one-dimensional semiconductor nanomaterials will be firstly fabricated into nanostructured devices and then their electron transportation and optpelectrical properties will be systematically investigated before and after electron-beam irradiation by using a combined system based on scanning electron micrope, Raman spectrometer and semiconductor characterization system. We will focus our efford on the influences of the crystal structure, surface and interface states, electron energy band etc. of the nanomaterials on the properties under electron-beam irradiation and thiei mechanism. We also try to improve the performance of nanodevices based on the one-dimensional nanomaterials by using the electron-beam irradiaion and surface passivation methods.

近年来，基于电子显微镜原位研究一维半导体纳米材料物理性能是纳米科学与技术领域的重要研究方向。由于原位研究过程中材料无法避免电子束辐照，因此，电子束辐照对其性能（如电子传输和光电性能）的影响问题至关重要。本项目以典型一维半导体纳米材料（MoO3、CdSe、Bi2Se3和Zn2As3）为研究对象，采用扫描电子显微镜-拉曼光谱-电学表征联用系统，研究电子束辐照前后一维半导体纳米材料电子传输和光电性能的变化规律，重点研究晶体结构、表界面态和能带结构在该性能变化过程中所起的作用及机理，对阐明低能电子束（0.2-30 keV）辐照影响一维半导体纳米材料电子传输和光电性能的机制有重要意义。在此基础上，结合电子束辐照和表界面处理技术优化一维半导体纳米器件的电子传输和光电性能。

电子束在低维纳米材料的研究中扮演着重要角色，研究电子束辐照对低维半导体材料物理性能的影响有重要意义。本项目以MoO3、CdSxSe1-x（CdS）、Bi2Se3和Zn3As2一维纳米材料为对象进行电子传输、光电性能以及电子束辐照对性能的影响方面的研究。用气相沉积法或机械剥离法制备这些材料，对其形貌、结构和化学组成进行系统的表征，研究了电子束辐照前后电子传输性能的变化。结果表明电子束辐照有利于增加导电性，但对于不同材料影响程度不同。电子束辐照后的CdS器件对光具有更高的响应率，但同时光电流上升和衰减时间变长。材料本身性质、界面和表面（或缺陷）是电子束辐照影响其性能的重要原因。此外，研究了电子束辐照对二维半导体（WS2）电子传输性能的影响。结果表明，电子束辐照时施加合适的栅压可以有效调控单层WS2器件被电子束辐照后的电子传输特性。这对于利用扫描电镜原位研究二维半导体电子传输特性有参考价值。本项目还开展了二维半导体及其异质结的制备、光学特性、电子传输和光电性能方面的研究。制备了ReS2/MoS2和SnSe2/MoS2异质结，研究其层间耦合作用和光电响应特性；利用表面修饰发展了一种简单方法用于单层WS2的可控掺杂；以石墨烯为电极制备了性能优异的ReS2超薄场效应晶体管等。此外，还可控制备了三元化合物半导体量子点（CuInS2、AgInS2）并应用于光伏器件。