戴芳博 袁健美 许凯燕 郭政 赵洪泉 毛宇亮‡

1) (湘潭大学物理与光电工程学院, 湘潭 411105)

2) (湘潭大学数学与计算科学学院, 湘潭 411105)

3) (中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 400714)

利用机械剥离和高温减薄方法制备了厚度约为5 nm的GeSe纳米片, 并通过设计实验装置测试了GeSe纳米片在不同浓度氧气(O2)和丁烷(C4H10)气体中的电导性能.结果表明, 随着氧气浓度的增加, GeSe纳米片在相同电压下所测得的电流增大, 而在丁烷气体中所测得的电流减小.通过第一性原理计算发现,O2分子从GeSe获得电子.气体浓度越大, P型半导体GeSe主要载流子空穴的浓度也越大, 从而电导率增大.当GeSe吸附丁烷气体时, 随着丁烷气体浓度的增加, 相同电压下电导率减小.其原因可归结为GeSe薄膜器件在加工过程中从空气中吸附了O2分子, 由于薄膜中存在较高密度的Se空位, 导致O2的高密度吸附.从而导致在吸附还原性气体时, 丁烷气体易失电子.即电子从丁烷气体分子中转移到GeSe薄膜表面与空穴中和,降低了GeSe薄膜中的载流子空穴浓度, 从而降低电导率.本文的研究有助于GeSe纳米片在氧气和丁烷气中的光电器件应用.

1 引 言

2004年, 二维材料石墨烯被成功制备[1], 因其具有优异的性能[2−7], 从而吸引了广泛研究[8−14],并引领了诸多二维材料研究的热潮[15−17].其中二维材料GeSe就很引人注目.GeSe是一种叠层的P型半导体, 采用正交结构, 空间群为pnma[18].通过光致发光光谱和第一性原理计算研究, 发现三个原子层厚度以下的GeSe具有直接带隙[19].少……