原子层二硫化钼的光致发光及动力学过程研究

发布时间：2021-08-03 10:07

  二维纳米材料因其具有独特的力学、光学与电磁学特性,在微电子领域受到人们的广泛关注。石墨烯、二硫化钼(MoS2)、黑磷等,都是典型的二维纳米材料。石墨烯的禁带问题限制了它在大规模集成电路中的应用。不同于石墨烯“零带隙”的电子结构,单层MoS2具有“直接带隙”的特点。这一特点使单层MoS2具有优秀的光学和电学性质,广受人们关注。由于MoS2的光致发光、荧光寿命以及激发动力学过程等光学特性与样品的层厚、基片环境以及制备方法等密切相关,本文将利用光致发光、荧光寿命以及时间分辨测量等手段对原子层MoS2材料的光学特性开展系统深入的研究。本论文的主要工作分为两大部分:一是,搭建用于激发动力学过程研究的单/双色泵浦-探测(pump-probe)系统和超连续谱pump-probe测量系统;二是,利用光致发光光谱和荧光寿命测量系统以及所搭建的超连续光pump-probe系统分别对采用化学气相沉积(CVD)法在硅/二氧化硅(Si/SiO2)基底上生长的单层MoS2材料的光致发光、荧光寿命以及在蓝宝石(Al2O3)基底上生长的单层MoS2材料的光致发光、时间分辨瞬态吸收特性等超快光学性质进行了测量与研究。完成的主要工作及取得的部分结果如下:1.成功搭建了单/双色pump-probe测量系统。其中包括控制部分、光路部分和数据采集部分。整套系统通过Labview程序实现自动化运行,采用锁相放大器的方法进行信号采集以提高信噪比。该系统已在染料敏化太阳能电池的传输过程中得以应用。2.搭建了超连续谱pump-probe测量系统。其中包括控制部分、光路部分和超连续光产生装置。整个系统通过Labview程序实现自动化运行,采用光谱仪对时间分辨瞬态吸收光谱进行采集。3.利用光致发光光谱和荧光寿命测量系统研究了在硅/二氧化硅基底上生长的单层MoS2材料的光致发光和荧光寿命特性。在单层MoS2样品中观测到分别对应于A激子和B激子复合跃迁的两个光致发光峰。其发光随温度变化规律符合一般半导体的演变规律。变温荧光寿命结果显示其荧光寿命随温度不发生明显改变,其荧光寿命大小在20ps左右。该结果表明,用CVD法制得基于硅/二氧化硅基底的单层MoS2材料成膜面积大、质量高,具有稳定的光学性质。这些特点非常有利于单层MoS2材料在光电子器件中应用。4.利用光致发光光、荧光寿命以及搭建的超连续pump-probe测量系统对在蓝宝石(Al2O3)基底上生长的单层MoS2样品的光致发光和飞秒时间分辨瞬态吸收特性进行了测量与研究。光致发光结果显示在Al2O3基片只观测到一个明显的发光峰,而样品的光致发光则有两个明显的发光峰。时间分辨测量结果表明,单层MoS2样品和Al2O3之间具有强的耦合作用,光照激发下样品和基片间会发生能量转移。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1

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本文编号：1840761