【摘 要】
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过渡金属二硫化物是典型的二维材料,与石墨烯相比,这一类材料具有本征带隙,广泛的应用在电子器件和光电领域中。二硫化钼(MoS2)是最具有发展前景的过渡金属二硫化物之一,其具有良好的开关比和较高的载流子迁移率,适用于下一代晶体管。与此同时,二硫化钼的层数从块状减小到二维单层时,其带隙从间接带隙转变为直接带隙,使其光学性质发生变化。人们对二硫化钼薄膜的理论计算和实验测试都取得了一定的成果,但是在化学气相
【基金项目】
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国家自然科学基金(No.11604074,11874013);
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过渡金属二硫化物是典型的二维材料,与石墨烯相比,这一类材料具有本征带隙,广泛的应用在电子器件和光电领域中。二硫化钼(MoS2)是最具有发展前景的过渡金属二硫化物之一,其具有良好的开关比和较高的载流子迁移率,适用于下一代晶体管。与此同时,二硫化钼的层数从块状减小到二维单层时,其带隙从间接带隙转变为直接带隙,使其光学性质发生变化。人们对二硫化钼薄膜的理论计算和实验测试都取得了一定的成果,但是在化学气相沉积制备出结晶性良好的二硫化钼上却还有很多问题存在,无法将生长参数统一化,并用于工业生产之中。本文主要采用三元氧化物钼酸钠作为钼源来制备二硫化钼,通过改变化学气相沉积的实验参数来制备出大尺寸、高质量的二硫化钼薄膜。运用光学显微镜、电子扫描显微镜等测试手段来表征制备的薄膜质量及形貌,并通过测试结果对化学气相沉积制备薄膜的生长机理做出讨论。为了将二硫化钼应用在更多的领域之中,我们测试在不同的环境下,二硫化钼薄膜的性质变化,并对其进行分析。(1)实验主要采用钼酸钠和氯化钠混合作为前驱体,通过探究影响单层MoS2晶体生长的五个因素:生长温度、生长时间、钼源用量、气流大小和氯化钠的用量,从而寻找到CVD法制备单层晶体的最佳生长条件。通过实验对比,结果表明,在最佳生长条件下制备的样品均为单层MoS2晶体,尺寸达到40μm左右。(2)通过激光拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱仪对二硫化钼薄膜样品进行表征,获取薄膜结晶性、形貌特征以及产物成分等信息。通过分析我们了解到,气态的前驱物会在衬底表面沉积形成液态,一部分液体会发生反应生成二硫化钼结晶核。一部分液体则会再次蒸发,这一细微的过程使得生长的MoS2均为单层膜结构,也是形成凹陷形貌的重要因素。(3)探究在不同环境下二硫化钼薄膜光学性质的改变:在变温实验中,二硫化钼的两个振动峰会随着温度的升高而发生红移;而光致发光峰位也会随着温度升高而波长较长的方向移动;当改变入射光的线偏角度时,振动峰的强度会呈现周期性的变化;将二硫化钼薄膜置于外电场中,电场强度增加,二硫化钼的光致发光的峰强增大。
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