单层和少层二硫化钼的制备及Co掺杂ZnO薄膜室温铁磁性的研究
[Abstract]:The main contents of this paper are the preparation of single-layer and few-layer molybdenum disulfide and the study of room temperature ferromagnetism of Co-doped ZnO thin films. In the first chapter, the basic concepts of two-dimensional materials, the structure, properties and applications of molybdenum disulfide, as well as the brief introduction of diluted magnetic semiconductors and the main theory of magnetic mechanism of diluted magnetic semiconductors are described. In the second chapter, the characterization methods of the number of layers and grain size of molybdenum disulfide and the common preparation methods of molybdenum disulfide are introduced; in the third chapter, the mechanical peeling method of 1-4 layers of molybdenum disulfide and the chemical vapor deposition method of single layer of molybdenum disulfide film are presented, and the growth process of key disulfide film is explored. Chapter 4 describes the changes of magnetic properties and morphological structure of Co-doped ZnO films under different annealing conditions, and the possible origin of magnetic properties. Chapter 5 is a summary and prospect. Chapter 3 and Chapter 4 are as follows: Chapter 3: We first adopt the mechanical peeling method in aluminum oxide lining. Monolayers, double layers, three layers and four layers of molybdenum disulfide were prepared on the substrates of aluminum oxide by chemical vapor deposition (CVD). The concentration of sulfur vapor in the temperature range can be controlled by adjusting the position of the sulfur source and the flow rate of argon. When the sulfur source is placed downstream of the gas stream and the flow rate of argon is 50 sccm, the sulfur vapor is suitable for the growth of monolayer molybdenum disulfide films and the optical properties can be tested. It is also found that MoS2/MoO2 microplates can be prepared directly on SiO2/Si substrates without the help of metal oxide powders when the sulfur source is placed downstream of the gas stream and the argon flow rate is 20 sccm. Finally, by analyzing the products at different locations in the temperature range, it is pointed out that the reaction of sulfur with molybdenum trioxide is a one-step reaction. First molybdenum trioxide is reduced to MoO3-x by sulfur, and then MoO3-x is sulfided to molybdenum disulfide. Sulfur is both a reducing agent and a vulcanizing agent in the whole reaction process. The origin of room temperature ferromagnetism of bright Co doped ZnO thin films is related to many factors. We deposited Zn0.95Co0.05O thin films on silicon substrates by magnetron sputtering and annealed the films at different temperatures in H2(5%)/N2(95%) atmosphere. We found that the films changed from paramagnetism to ferromagnetism after annealing, and the saturation magnetic moment changed with annealing temperature. The saturation magnetic moment of the films increases by an order of magnitude when the annealing temperature is 620 and 650. Coincidentally, when the annealing temperature is 620, the films begin to be etched, and when the annealing temperature is 650, the films begin to become amorphous. It is the reason why the films change from paramagnetism to ferromagnetism, and the grain boundary effect enhanced by hydrogen etching and the formation of amorphous materials lead to two sudden increases in the saturation magnetic moment of the films, respectively. The saturated magnetic moment of ZnO thin films decreases by an order of magnitude after the first oxygen annealing treatment, and then returns to the original size after the second oxygen annealing treatment, and basically does not change with the third and fourth oxygen annealing treatment. We believe that the decrease of oxygen vacancy concentration, the disappearance of amorphous substances and the decrease of grain boundary effect lead to the decrease of saturation magnetic moment of the films after the first oxygen annealing, while the formation of ZnO grains with ferromagnetic Co-doped sphalerite structure is the reason for the recovery of saturation magnetic moment of the films after the second oxygen annealing.
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ136.12;TB383.2
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,本文编号:2244083
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