VO2/MoS2异质结制备和光电性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lszh2009
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二硫化钼(MoS2)和二氧化钒(VO2)都是十分具有代表性的高应用性半导体,二硫化钼独特的层状结构与石墨烯类似,在拥有许多类似石墨烯的优良性能的同时,二硫化钼不仅具有可调节的能带间隙,又可以被制备为少层二维材料,并且二硫化钼是辉钼矿的主要成分,自然储量丰富,这就使其必然是电子学器件以及光电器件领域不可或缺的材料;而二氧化钒具有优良的导电性,且具有单斜相以及四方相两种晶体结构,但温度变化的时候,二氧化钒又具有随温度变化发生可逆相变的独特性质,使其在制备温控薄膜领域大放异彩。这两种材料都具有十分有价值的发展前景,且又是适合制备异质结的材料,所以本论文将围绕着二硫化钼以及二氧化钒展开,同时研究两种材料的生长制备工艺,在获得高质量薄膜后制备二硫化钼二氧化钒异质结,同时也通过模拟软件对两种材料的几个模型进行计算,得到二硫化钼以及二氧化钒的各种理论性能,继而制备出以异质结为核心的探测器。主要研究内容下述:首先,课题的开始着手于二硫化钼以及二氧化钒的生长工艺,先使用射频磁控溅射在硅衬底上生长二氧化钒,分组选取单一变量以研究溅射功率、溅射时间以及氩气流量对于薄膜的晶体质量以及光电性能的影响,在得到各组样品后进行XRD测试,分析结果得出实验条件下的最优化工艺参数为100 W溅射功率、60 min溅射时间以及24 sccm佳氩气流量,然后以二氧化钒薄膜为基础,同样使用磁控溅射生长二硫化钼薄膜,同样进行分组控制变量以及XRD测试分析得到了实验条件下的最优化工艺参数为200 W溅射功率、1 Pa溅射压强以及40 min溅射时间,继而结合两个结论制备出二氧化钒二硫化钼异质结并进行光电性能表征,异质结表现出两种材料的光吸收。模拟测试方面,少层二硫化钼模型的计算结果表明,二维二硫化钼的能带间隙随着层数增加而减小,且在238.5 nm存在吸收峰,而两种相的二氧化钒模型揭示了其费米能级的构成,在不同晶向外加应力下,(100)晶向的应力使禁带宽度变窄,(001)晶向的应力则使禁带宽度变宽,(110)晶向的应力使禁带宽度先增宽后变窄,当应力达到30%禁带宽度急剧下降甚至接近0 e V,而(111)晶向的压力将明显增宽了禁带宽度,且随着应力的增大材料由直接带隙转变为间接带隙。最后在之前实验以及模拟的基础上,制备出以异质结为核心的紫外探测器,探测器具有对应于MoS2以及VO2的两个峰值响应,分别在400-600 nm处以及850 nm处,发现其响应度是0.52×10-2 A/W,响应峰处外量子效率为2.8%,揭示了VO2/MoS2异质结探测器确有性能方面的提升以及一定的研究价值。
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