二硫化钼薄膜及其光电器件的制备和性质研究
发布时间：2021-08-01 12:29
以石墨烯、二硫化钼（MoS2）为代表的二维层状纳米材料,由于其具有良好的稳定性、丰富的结构及优异的性质,在电子、光电器件和传感器等众多领域展现出巨大的应用前景,逐渐成为了物理、化学、材料科学等诸多领域的研究重点。不同于石墨烯的零带隙,MoS2纳米材料具有可调控带隙。MoS2独特的带隙特点使其在各类功能器件领域具有广阔的应用前景。本论文利用机械剥离法及化学气相沉积法（CVD）制备了高质量少层MoS2薄膜及MoS2/WS2异质结复合材料,并对材料的形貌、组分及光学性质进行表征分析。成功制备了基于不同层数的MoS2薄膜及其异质结构的背栅场效应晶体管,并将器件应用于高灵敏光电探测器及低浓度微量葡萄糖生物传感器中。主要研究内容如下:（1）开展了少层MoS2薄膜的制备及光学性质方面的研究。采用CVD及机械剥离法制备出高质量的少层MoS2薄膜,并对材料的晶体结构、形貌、厚度及光学性质进行表征。根据CVD法...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：112 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
石墨烯的基本性质，（a）石墨烯基本晶体模型，（b）石墨烯的能带色散关系图谱
图 1.2 六方氮化硼作为石墨烯器件的衬底材料[47]石墨烯相同，六方氮化硼器件的构筑主要也是依靠机械剥离法，所陷少，质量高，但产率极低。另外，有关报道中提到了可用液相剥量的六方氮化硼[39,51]，用此方法所制备的六方氮化硼通常是从亚微随机厚度分布的纳米片，这个特点限制了其在器件领域中的应用D 法对于合成大面积高质量可控层数的六方氮化硼纳米材料展示力。研究人员主要采用 CVD 法在 Cu、Fe、Ru、Ni、Pt 等多晶金六方氮化硼。与石墨烯不同，BN 由两种元素组成，一般来讲，提方式主要有两类，其中一种是采用独立源，即 NH3作为 N 源，BH 原。另一种方式是采用 B、N 元素比为 1:1 的液态环硼氮烷（（BH）3（硼烷胺（H3NBH3）来同时作为 B 原及 N 原。2010 年，Kong 研究在镍箔及铜箔表面分别制备出多层及单层的六方氮化硼[52,53]，其为前驱体获得了高质量的六方氮化硼，该研究发现所生长的六方氮衬底的选择密切相关。除了在金属衬底上生长六方氮化硼以外，也底上进行 CVD 法制备。Yin 等人在 Ge 基底上外延生长出高质量
图 1.3 黑磷的结构及带隙（a）黑磷结构示意图，（b）黑磷能带随层数变化情况[83,84]一方面，随着层数的改变，黑磷的带隙逐渐从 0.3 eV 增大到 2.0 eV[88-94]，能带范围刚好介于石墨烯与 MoS2之间，填补两者之间的能带空隙，这一特点促使黑磷在红外光电探测领域具有极大的应用价值[95-98]。另一方面，在能带调制的过程中，黑磷始终保持直接带隙，如图 1.3 所示，不同于 MoS2只有单层膜才具有直接带隙那样苛刻。除此之外，由于黑磷具有面内各向异性的特点，促使其可广泛的适用于热电材料，电声相互作用及神经系统等领域的研究[99-104]。尽管这种新型的二维材料具有出色的电学性能，但关于黑磷的研究目前仍存在诸多的困难与挑战。例如，在材料的制备方面，早期的研究中，黑磷单晶的制备方法主要是通过高压或汞催化合成法[105,106]，这两种制备方法具有工艺复杂，成本高，原料有毒，单晶尺寸小，产量低等缺点，不利于材料的大规模可控制备。目前，关于高质量黑磷单晶的制备仍然是该领域研究的重要课题。关于大面积单层及多层黑磷的制备方面，目前主要依靠的方法是液相超声和机械剥离，黑磷目前还无法像过渡金属硫族化合物或石墨烯一样通过 CVD 法制备，这一缺点无疑限制了黑磷在光电器件领域中的应用。另外，单层的黑磷薄膜在室温环境中极不
【参考文献】：
期刊论文
[1]Indirect-direct band gap transition of two-dimensional arsenic layered semiconductors—cousins of black phosphorus[J]. LUO Kun,CHEN ShiYou,DUAN ChunGang. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(08)
[2]有机光敏场效应晶体管研究进展[J]. 杨盛谊,陈小川,尹东东,施园,娄志东. 半导体光电. 2008(06)
本文编号：3315529
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：112 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
石墨烯的基本性质，（a）石墨烯基本晶体模型，（b）石墨烯的能带色散关系图谱
图 1.2 六方氮化硼作为石墨烯器件的衬底材料[47]石墨烯相同，六方氮化硼器件的构筑主要也是依靠机械剥离法，所陷少，质量高，但产率极低。另外，有关报道中提到了可用液相剥量的六方氮化硼[39,51]，用此方法所制备的六方氮化硼通常是从亚微随机厚度分布的纳米片，这个特点限制了其在器件领域中的应用D 法对于合成大面积高质量可控层数的六方氮化硼纳米材料展示力。研究人员主要采用 CVD 法在 Cu、Fe、Ru、Ni、Pt 等多晶金六方氮化硼。与石墨烯不同，BN 由两种元素组成，一般来讲，提方式主要有两类，其中一种是采用独立源，即 NH3作为 N 源，BH 原。另一种方式是采用 B、N 元素比为 1:1 的液态环硼氮烷（（BH）3（硼烷胺（H3NBH3）来同时作为 B 原及 N 原。2010 年，Kong 研究在镍箔及铜箔表面分别制备出多层及单层的六方氮化硼[52,53]，其为前驱体获得了高质量的六方氮化硼，该研究发现所生长的六方氮衬底的选择密切相关。除了在金属衬底上生长六方氮化硼以外，也底上进行 CVD 法制备。Yin 等人在 Ge 基底上外延生长出高质量
图 1.3 黑磷的结构及带隙（a）黑磷结构示意图，（b）黑磷能带随层数变化情况[83,84]一方面，随着层数的改变，黑磷的带隙逐渐从 0.3 eV 增大到 2.0 eV[88-94]，能带范围刚好介于石墨烯与 MoS2之间，填补两者之间的能带空隙，这一特点促使黑磷在红外光电探测领域具有极大的应用价值[95-98]。另一方面，在能带调制的过程中，黑磷始终保持直接带隙，如图 1.3 所示，不同于 MoS2只有单层膜才具有直接带隙那样苛刻。除此之外，由于黑磷具有面内各向异性的特点，促使其可广泛的适用于热电材料，电声相互作用及神经系统等领域的研究[99-104]。尽管这种新型的二维材料具有出色的电学性能，但关于黑磷的研究目前仍存在诸多的困难与挑战。例如，在材料的制备方面，早期的研究中，黑磷单晶的制备方法主要是通过高压或汞催化合成法[105,106]，这两种制备方法具有工艺复杂，成本高，原料有毒，单晶尺寸小，产量低等缺点，不利于材料的大规模可控制备。目前，关于高质量黑磷单晶的制备仍然是该领域研究的重要课题。关于大面积单层及多层黑磷的制备方面，目前主要依靠的方法是液相超声和机械剥离，黑磷目前还无法像过渡金属硫族化合物或石墨烯一样通过 CVD 法制备，这一缺点无疑限制了黑磷在光电器件领域中的应用。另外，单层的黑磷薄膜在室温环境中极不
【参考文献】：
期刊论文
[1]Indirect-direct band gap transition of two-dimensional arsenic layered semiconductors—cousins of black phosphorus[J]. LUO Kun,CHEN ShiYou,DUAN ChunGang. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(08)
[2]有机光敏场效应晶体管研究进展[J]. 杨盛谊,陈小川,尹东东,施园,娄志东. 半导体光电. 2008(06)
本文编号：3315529
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