论文部分内容阅读
二维材料的研究最初主要关注的是石墨烯,其优异的热传导性能、高载流子迁移率等特性使得石墨烯在电学,光学,电化学和生物医学等领域有着广泛的应用。除了石墨烯之外,还有各种二维材料,过渡金属硫族化合物(TMDs)是一种类石墨烯材料。其中,二碲化钼(MoTe2)是TMDs中一种性质比较独特的材料,可以稳定的以2H、Td和1T’晶相存在。其三方柱面体结构(2H-MoTe2)由于更小的禁带宽度(约为1.1eV)和更高的理论迁移速率(2500cm2·V-1·S-1)而备受关注。更有意思的是,扭曲八面体碲化钼(1T’-MoTe2)的理论迁移率高达4000 cm2·V-1·S-1,禁带宽度为60meV,在14T的磁场下磁阻可以达到16000%。此外,理论计算预测单层的1T’-MoTe2是2D拓扑绝缘体和II型Weyl半金属,应用前景十分广阔。但是,目前可控制备MoTe2薄膜仍存在较多的问题。本文通过化学气相沉积(CVD)法可控地制备出了1T’-MoTe2,同时分析了实验中各种参数对MoTe2薄膜形貌的影响及其生长机制,并深入研究了MoTe2薄膜的摩擦性能和表面电势。主要研究内容如下:首先,在常压下通过CVD法可控地在SiO2(300nm)/Si基片上制备出了MoTe2薄膜。利用MoO3和Te作为反应原料,分别分析了Te原料的用量,载气中氢气的比例和生长时间对样品形貌结构的影响,结果发现碲化反应很难彻底进行而得到纯净的MoTe2薄膜。进一步,通过在原料中加入NaCl作为其中一种反应试剂,发现NaCl的加入可以降低MoO3的蒸发温度而很大程度地提高Mo前驱体的浓度,成功制备出了结晶质量较好的长条形状和连续不规则薄膜两种不同形貌的1T’-MoTe2薄膜。其次,我们通过原子力显微镜详细分析了长条形和连续不规则MoTe2薄膜的形貌结构及其薄膜的表面摩擦力。结果显示,在较低温度下生长得到的长条状的MoTe2薄膜层数比较均一,结晶质量较好;而在较高温度下生长得到的连续不规则MoTe2薄膜的层厚不均一,表面存在大量晶界。此外,随着层厚的增加,MoTe2薄膜的表面与衬底的耦合力逐渐减小,表面粗超度降低,薄膜的表面摩擦力逐渐减小。最后,通过开尔文探针力显微镜对MoTe2薄膜进行表征,分析了两种形貌的1T’-MoTe2薄膜的表面电势与厚度的关系。随着1T’-MoTe2薄膜厚度的增加,薄膜从探针获得电子填充到更高的费米能级,表面电势也随之增大。同时,随着厚度的增加,薄膜的态密度也增加,转移相同数量的电荷引起1T’-MoTe2薄膜中费米能级的移动幅度较小。因而,厚度越大,薄膜的表面电势变化幅度越小。但是对于不规则形貌的MoTe2薄膜,其层数不均匀,厚度起伏大,表面电势与厚度变化并没有呈现出规律。