低维六方过渡金属硫族化合物量子输运性质的研究.pdf

摘要

摘要

近年来，一个或多个维度被限制在纳米尺度下的新型低维材料逐渐成为材

料科学研究领域的热点。与传统的三维块体材料相比，低维材料由于量子限制、

表面和界面等效应，具有独特的电子、光学和力学等性质，为半导体材料发展

带来新的希望。本文系统地研究了低维ZnX（X=Se和S）纳米材料器件的量子

输运特性，并详细分析了器件内部的输运机制。

在搭建的二维器件中，锯齿型方向的电流值远大于扶手椅型方向的电流，

表现出明显的各向异性。栅极电压的增加显著增强了器件的电流响应，栅极电

压不会改变器件的半导体特性。在对一维纳米带器件的偏压调控后，纳米带器

件的电流性能会受到纳米带宽度的影响。在偏压调控下，沿对角线卷曲的一维

四方ZnSe纳米管在偏压为4.0V时，电流可以达到111.3μA，同时沿边缘卷曲

的一维四方ZnSe纳米管器件的电流在偏置电压增加过程中出现先增加后减小

的波动，表现出明显的负微分电阻效应，也意味着此材料在电子器件应用中具

有一定的潜力。

对于所有考虑的光子能量，低维ZnX材料纳米器件光电流都具有cos2θ或

sin2θ形式，这表明光电流具有偏振角的余弦或正弦依赖性，这符合光电效应理

论。基于二维六方ZnS闪锌矿的器件沿扶手椅型方向的最大光电流值优于其他

2

器件，在3.1eV时达到15.1a/photon。同时，沿扶手椅型方向的二维六方ZnS

0

闪锌矿器件在3.0eV时实现了752.4的最大消光比，极高的消光比为偏振灵敏

度要求较高的光电探测器提供了可能性。我们的结果表明，上述材料具有良好

的光响应和高偏振灵敏度，在光检测中具有巨大的潜力。该材料独特的光电性

能使其成为可能用于设计高光能量区光伏器件的候选材料。

关键词：锌硫族化合物；量子输运；第一性原理计算；纳米器件

--I

Abstract

Abstract

Inrecentyears,novellow-dimensionalmaterialswithoneormoredimensions

constrainedtothenanoscalehavegraduallybecomeahottopicinmaterialsscience

research.Comparedtotraditionalthree-dimensionalbulkmaterials,

low-dimensionalmaterialsexhibituniquepropertiesintermsofelectronics,optics,

mechanics,etc.,duetoquantumconfinement,surfaceeffects,andinterfaceeffects.

Thisbringsnewhopeforthedevelopmentofsemiconductormaterials.Thisstudy

systematicallyinvestigatesthequantumtransportpropertiesoflow-dimensional

ZnX(X=SeandS)nanomaterialdevices,andprovidesadetailedanalysisofthe

transportmechanismswithinthedevices.

Intheconstructedtwo-dimensionaldevices,thecurrentalongthezigzag

directionismuchlargerthanthatalongthearmchairdirection,demonstrating

significantanisotropy.Increasingthegatevoltag