一种准确测量双电层电势分布的方法技术

一种准确测量双电层电势分布的方法，属于界面特性调控领域，涉及固态电解质基底和二维材料双电层器件，结合开尔文探针力显微镜的表面电势测量方法调控表征双电层界面特性。本发明专利技术是要解决现有的离子双电层器件界面不清晰，无法阐述微观纳米尺度下双电层结构、离子迁移的运行规律的技术问题。本发明专利技术通过调节固态电解质基底材料的栅极电势调节界面双电层电场，以开尔文探针力显微镜测试二维材料表面电势分布，获得随双电层界面电场变化趋势。本发明专利技术以固态电解质为依托暴露双电层界面，结合开尔文探针力显微镜实现在微纳米尺度下对双电层结构以及电势分布的准确表征。结构以及电势分布的准确表征。结构以及电势分布的准确表征。

【技术实现步骤摘要】
一种准确测量双电层电势分布的方法


[0001]本专利技术属于界面特性调控领域，涉及固态电解质基底和二维材料双电层器件，结合开尔文探针力显微镜的表面电势测量方法调控表征双电层界面特性。

技术介绍

[0002]双电层具有极高的灵敏度和栅极调控能力，该类型器件呈现出优越的场调制特性，如双极性、极低亚阈值摆幅和阈值偏压、极高的开关闭和开态电流，是低功耗高性能场效应晶体管的理想构型。二维材料特殊的尺寸和可调节的物化性质是研究双电层结构的理想材料，其中过渡金属硫族化合物具有可调节的带隙结构和良好的物化性质，过渡金属硫族化合物双电层器件具有极好的电学输运性质、超导转变、相变等新颖的物理现象。双电层是二维材料双电层器件的重要组成部分。阐明电场作用下界面处离子的迁移、扩散、定向排布过程对二维材料的电子结构及物性以及功能器件性能的影响，有利于深入理解纳米尺度下双电层微观机理。但是，离子液体和溶胶覆盖了器件表面，限制表面分析手段应用，无法揭示微观纳米尺度下内在属性和结构特性。
[0003]固态电解质是一类具有高迁移率和高稳定型的新型电解质材料，所构筑二维材料/固态电解质器件结构搭建过程简单和化学性质稳定的优势可有效弥补液态电解质器件弊端，为表面技术手段(如扫描探针显微技术、近场光谱技术)提供理想平台，在高的空间分辨率下揭示双电层界面特性。

技术实现思路

[0004]本专利技术是要解决现有的离子双电层器件界面不清晰，无法阐述微观纳米尺度下双电层结构、离子迁移的运行规律的技术问题，而提供一种准确测量双电层电势分布的方法。
[0005]本专利技术的准确测量双电层电势分布的方法是按以下步骤进行的：
[0006]将固态电解质作为基底材料构筑二维材料双电层器件，通过对固态电解质施加不同的栅极电压调节双电层界面电场强度和分布，以开尔文探针力显微镜表征二维材料表面电势分布和双电层电场变化。
[0007]本专利技术所构筑的二维材料/固态电解质双电层器件为表面分析技术手段应用提供平台，充分阐述了双电层界面电势分布情况，具体如下：
[0008]1、本专利技术对固态电解质施加不同的栅极偏置电压，二维材料表面电势分布十分均匀，可见双电层界面处离子分布均匀，该方式充分暴露了双电层界面，在微观尺度下可实现对双电层界面离子分布的调控；
[0009]2、本专利技术通过对固态电解质施加不同的栅极电压调节界面离子迁移和双电层电场强度，当所施加的栅极电压从
‑
1V变化至1V时，二维材料单层硒化物表面电势变化为0.7V，可见固态电解质对薄层硒化钨具有高效的栅极调控能力；
[0010]3、本专利技术通过机械剥离获得不同厚度的硒化钨纳米片，对固态电解质施加不同大小的栅极电压；对于同一厚度的硒化钨纳米片，栅极电压变化和硒化钨纳米片表面电势变
化呈正相关；对不同层数的硒化钨纳米片，在相同电压条件下硒化钨纳米片表面电势呈负相关，且当硒化钨纳米片达到一定厚度之后表现出电场屏蔽；
[0011]4、本专利技术所使用的器件构型和测试手段在纳米尺度下准确表征双电层界面电势分布情况，阐述双电层界面处离子、电子迁移和运动规律，本结构和理念巧妙克服传统双电层器件的弊端，为双电层界面物化性质的探究提供理想平台。
[0012]本专利技术引入新型固态电解质，该类型双电层器件有效暴露双电层表面界面，结合表面表征手段开尔文探针力显微镜表征二维材料表面电势变化，提供了一种简便、准确、可清晰地阐述双电层运行和界面电势分布的方法。
附图说明
[0013]图1为试验一中双电层器件的示意图，1为Au电极，2为WSe2，3为LASPT，4为2612源表；
[0014]图2为试验一中双电层器件的硒化钨纳米片双电层器件原子力显微镜照片；
[0015]图3为图2对应的硒化钨纳米片双电层器件不同栅极电压下的表面电势分布图；
[0016]图4为图2对应的硒化钨纳米片双电层器件不同栅极电压下的表面电势变化折线图；
[0017]图5为图2对应的不同厚度硒化钨纳米片双电层器件表面电势变化折线图；
[0018]图6为图2对应硒化钨纳米片双电层器件界面离子分布示意图。
具体实施方式
[0019]具体实施方式一：本实施方式为一种准确测量双电层电势分布的方法，具体是按以下步骤进行的：
[0020]将固态电解质作为基底材料构筑二维材料双电层器件，通过对固态电解质施加不同的栅极电压调节双电层界面电场强度和分布，以开尔文探针力显微镜表征二维材料表面电势分布和双电层电场变化。
[0021]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：通过调节固态电解质栅极电压来调制界面双电层电场，从而调节二维材料双电层器件中的二维材料表面电势分布。其他与具体实施方式一相同。
[0022]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的固态电解质为氟化镧固态电解质(LaF3)、钠玻璃固态电解质或锂离子导电陶瓷玻璃(Li2Al2SiPTiO
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，LASPT)。其他与具体实施方式一或二相同。
[0023]具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的二维材料为过渡金属硫族化合物。其他与具体实施方式一至三之一相同。
[0024]具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述的过渡金属硫族化合物为WSe2。其他与具体实施方式四相同。
[0025]具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：所述的WSe2厚度为单层至十层。其他与具体实施方式五相同。
[0026]具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：开尔文探针力显微镜表征二维材料表面电势的测试过程在室温和大气压条件下进行，测量模块为AM
‑
KPFM模式，
固态电解质施加电压范围为
‑
2V～6V。其他与具体实施方式一相同。
[0027]具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是：所述的测量模块为TP
‑
KPFM
‑
AM模式，固态电解质施加电压范围为
‑
1V～1V。其他与具体实施方式七相同。
[0028]具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的二维材料双电层器件中金属电极采用真空蒸镀或磁控溅射镀膜方法制备，再通过直接沉积或干法转移的方式与二维材料相接触。其他与具体实施方式一相同。
[0029]具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的二维材料是通过机械剥离相应材料单晶、气相沉积法或分子束外延方法制备的。其他与具体实施方式一相同。
[0030]用以下试验对本专利技术进行验证：
[0031]试验一：本试验为一种二维材料/固态电解质双电层器件构筑方法，具体是按照以下步骤进行：
[0032]一、衬底处理方法：依次用丙酮和无水乙醇超声清洗固态电解质(Li2Al2SiP2TiO
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，锂离子导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种准确测量双电层电势分布的方法，其特征在于准确测量双电层电势分布的方法是按以下步骤进行的：将固态电解质作为基底材料构筑二维材料双电层器件，通过对固态电解质施加不同的栅极电压调节双电层界面电场强度和分布，以开尔文探针力显微镜表征二维材料表面电势分布和双电层电场变化。2.根据权利要求1所述的一种准确测量双电层电势分布的方法，其特征在于通过调节固态电解质栅极电压来调制界面双电层电场，从而调节二维材料双电层器件中的二维材料表面电势分布。3.根据权利要求1所述的一种准确测量双电层电势分布的方法，其特征在于所述的固态电解质为氟化镧固态电解质、钠玻璃固态电解质或锂离子导电陶瓷玻璃。4.根据权利要求1所述的一种准确测量双电层电势分布的方法，其特征在于所述的二维材料为过渡金属硫族化合物。5.根据权利要求4所述的一种准确测量双电层电势分布的方法，其特征在于所述的过渡金属硫族化合物为WSe2。6.根据权利要求5所述的一种准确测量双电层电势分布的方法，其特征在于所述的WS...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洋，胡鑫，赵守鑫，徐成彦，甄良，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：