二维过渡金属硫族化合物层间异质结构的控制合成与性质研究

Two-dimensional (2D) transition metal chalcogenides (TMDCs) atomic crystals have emerged as promising building blocks for creating functional architectures and devices due to their diverse compositions and unique properties. 2D vertical heterostructures composed of TMDCs exhibit new physical phenomena and unique electrical properties, and therefore, have great potential for the applications in nanoelectronics and optoelectronics. Here, we propose a new approach for synthesizing a variety of 2D vertical heterostructures based on TMDCs by the rational design of core-shelled nanomaterials of oxides as precursors. We will investigate the relationship between composition, structure and properties in these 2D heterostructures and explore possible approaches for tuning the band structure of these materials. Finally, we will study the electrical properties of these 2D heterostructures for fabricating high performance field effect devices and novel devices with new working principle.

二维过渡金属硫族化合物晶体材料具有丰富的化学组成和材料特性，是构建低维功能化结构与器件的理想基元。基于二维过渡金属硫族化合物的层间异质结构蕴含着新奇的物理现象并呈现出优异的电学性质，在纳电子器件领域及新型光电器件领域具有重要的应用前景。本项目以实现二维层间异质结构的控制合成为切入点，重点关注二维层间异质结构的组成、结构与其能带结构及性质的关联，探索通过异质结构的构建来调控二维晶体材料能带结构的途径，在此基础上研究基于二维层间异质结构的器件制备与性能优化。针对实现这类材料控制合成最具挑战性的关键问题，提出了基于二元异质氧化物前躯体设计的新思路，并致力于将这一合成策略拓展为二维层间异质结构的普适性合成方法；阐明二维层间异质结构的构效关系，为二维晶体材料的能带调控提供新的思路；研究二维层间异质结构的电学性质，进而探索基于这一新型材料体系的高性能及新型器件的制备。

二维过渡金属硫族化合物异质/异相结构为高性能电子器件的构筑提供了重要的结构基元。本项目以实现二维异质/异相结的控制合成与器件构筑为目标，围绕二维过渡金属硫族化合物异质/异相结的结构控制合成方法、结构-性质表征以及二维电子器件的化学构筑等开展了系统的研究工作。提出了基于反应热力学调控与前驱体图案化的两类二维异质/异相结构的控制合成新方法，获得了2H-1T' MoS2\MoTe2、二维MoTe2-PdTe2等多种二维金属性-半导体性异质/异相结；结合原子分辨的结构表征与变温电学性质测量证实了合成得到的二维异质/异相结显著的降低了接触势垒；以此为基础，通过化学手段构筑了高性能场效应晶体管等原型器件，探索了二维电子器件化学构筑新思路。该工作丰富了二维晶体结构控制合成与性能调控新方法，展示了合成化学在器件构筑方面的潜力，为自下而上的电子器件构筑研究开拓了新思路。