二维MoX 2 （X=S,Se）的CVD生长及其光电特性研究
发布时间：2021-11-11 21:58
二硫化钼和二硒化钼是典型的过渡金属二硫族化合物（TMDCs）,具有层状结构。在常温条件下,TMDCs通常以六方相结构稳定存在,过渡金属原子和硫族原子交替形成与石墨烯类似的六角蜂窝状结构,过渡金属原子夹在两层硫族原子之间,通过离子共价键的作用形成一个单元层。TMDCs的能带结构明显依赖于其层数,带隙随着层数的减小而逐渐增大,当层数减为单层时,带隙达到最大,并由间接带隙转变为直接带隙,同时应变力、缺陷、表面修饰和异质界面效应等对其带隙具有调控作用。因此,TMDCs在电子学、光电子学、能量转换等领域有着极大的应用前景,然而,可控、高效、规模化地合成TMDCs仍然存在挑战性,尤其是可控制备大面积连续的二维TMDCs仍面临诸多困难,比如缺陷难以控制、表面易污染、成本较高等。为此,本文工作以未来实际应用为目标,基于化学气相沉积法（CVD）,探索合成TMDCs的关键因素和参数,试图实现大尺寸二维TMDCs的可控制备,进而为二维TMDCs在电子学和光电子学等领域的实际应用提供实验和技术支撑。本文主要以二硫化钼和二硒化钼（MoX2,X=S或Se）为合成对象,对比分析了两套不同的CV...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MoX2的晶体结构和三维结构示意图[20]，图中X代表S或Se原子，M代表Mo原子，2H为六角对称结构，3R为菱形对称结构，1T为正方对称结构
重庆理工大学硕士学位论文4（2）MoX2的能带结构二维MoX2属于TMDCs，是典型的半导体材料，它们有着相似的电子能带结构，由层间的轨道耦合效应所影响。它们的带隙随着材料厚度的变化而不同，据文献中理论计算报道的块体MoS2带隙约为1.2eV，而单层MoS2的带隙约为1.9eV[24]，图1.2（a）为它的电子能带结构图，展示了MoS2从块体到单层的6幅能带结构变化图。而块体MoSe2的带隙约为0.86eV，单层MoSe2的带隙约为1.49eV[25]，图1.2（b）为其能带结构图，展示了MoSe2块体和单层的能带结构。在图1.2（a）中，当MoS2为体材料时，布里渊区里，价带顶与导带底在波矢K与Γ之间，随着层数逐渐减小，导带底被缓慢抬高，在激光作用下，价带顶的电子吸收光子跃迁到导带，电子的跃迁方式属于非垂直跃迁。当MoS2的厚度减少到单层时，价带顶与导带底都处于布里渊区里的波矢K处，此时电子的跃迁方式属于垂直跃迁。此外，由于自旋轨道耦合作用，价带分裂为高能量的V1和低能量的V2，跃迁到导带底的电子与价带顶的空穴形成电子-空穴束缚对，价带V2和V1对应的束缚体系激子分别被称为B和A0激子，A0激子还能吸收额外的电子形成三激子体系，被称之为A-激子，在库仑力的作用下，激子对会到达相应的能级，并以发光的形式释放一定的能量，处于高能量态不稳定的激子，跃迁复合后也会产生荧光现象[26]。在图1.2（b）中，当MoSe2为块体时，在布里渊区里，找不到一个波矢位置使导带底和价带顶在竖直方向上重合，然而当MoSe2的厚度变为单层时，在波矢K位置处，价带顶与导带底在竖直方向上对齐，在激光作用下，电子会发生垂直跃迁现象。图1.2（a）不同层数MoS2的电子能带结构图[24]，（b）块体和单层MoSe2的电子能带结构图[25]，其中黑色代表块体，红色代表单层。
谱鞒⌒в??骞埽‵ET），2019年，新加坡国立大学的S.W.Tong等人[29]通过薄层MoS2制作了背栅极场效应晶体管，图1.3（a）展示了多个器件的实物图和载流子迁移率分布情况，器件的开关比可达106，最高载流子迁移率为90cm2V-1s-1。2016年，YangHang等人[30]通过机械剥离法得到了薄层MoSe2，制作了场效应晶体管，如图1.3（b）所示，为MoSe2场效应晶体管的电极实物图。测试得到器件的开关比大于105，载流子迁移率为1.79cm2V-1s-1。以上两个课题组的实验结果都表明了二维MoX2在场效应晶体管电子器件方向前景可观。图1.3MoX2的场效应晶体管，（a）MoS2场效应晶体管实物图[29]，（b）MoSe2场效应晶体管实物图[30]。二维MoX2还有着良好的光学性能，2010年，Andreasplediani等人[31]报道了超薄MoS2的光致荧光现象，图1.4（a）为MoS2的拉曼和荧光光谱，它的荧光强度随着层数的减少而增强，当层数为单层时荧光强度最强，这种惊人的荧光现象为纳米光电子器件的应用打下了基矗2017年，PilJuKo等人[32]通过机械剥离法制备了少数层MoSe2，图1.4（b）为MoSe2的拉曼和荧光光谱图，随着层数的增多，荧光强度变弱且荧光峰发生了红移，拉曼峰A1g右移，E12g左移。用MoSe2纳米片制作了高性能的近红外光电探测器，在近红外光激发下，光响应可达238AW-1，探测率高达7.6×1011cmHz1/2W-1。从不同厚度二维MoX2的拉曼以及荧光光谱图可知，在激光作用下，少数层的二维MoX2对光有较高的敏感性，在未来的光学和光电子学领域，二维MoX2必将有广阔的应用天地。
【参考文献】：
期刊论文
[1]生长时间对二硫化钼的化学气相生长及其光电性能的影响[J]. 石侃,张敏,祝祖送. 中国照明电器. 2019(12)
[2]基于温度控制的MoS2薄膜制备的探究[J]. 龚家志,周仁龙,杨飒,翁惠仪. 广州化工. 2019(07)
[3]二硒化钼合成与应用的研究进展[J]. 亓淑艳,刘小虎,陈明. 哈尔滨理工大学学报. 2016(01)
[4]二硫化钼的性质、生产和应用[J]. 张亨. 中国钼业. 2014(01)
本文编号：3489602
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MoX2的晶体结构和三维结构示意图[20]，图中X代表S或Se原子，M代表Mo原子，2H为六角对称结构，3R为菱形对称结构，1T为正方对称结构
重庆理工大学硕士学位论文4（2）MoX2的能带结构二维MoX2属于TMDCs，是典型的半导体材料，它们有着相似的电子能带结构，由层间的轨道耦合效应所影响。它们的带隙随着材料厚度的变化而不同，据文献中理论计算报道的块体MoS2带隙约为1.2eV，而单层MoS2的带隙约为1.9eV[24]，图1.2（a）为它的电子能带结构图，展示了MoS2从块体到单层的6幅能带结构变化图。而块体MoSe2的带隙约为0.86eV，单层MoSe2的带隙约为1.49eV[25]，图1.2（b）为其能带结构图，展示了MoSe2块体和单层的能带结构。在图1.2（a）中，当MoS2为体材料时，布里渊区里，价带顶与导带底在波矢K与Γ之间，随着层数逐渐减小，导带底被缓慢抬高，在激光作用下，价带顶的电子吸收光子跃迁到导带，电子的跃迁方式属于非垂直跃迁。当MoS2的厚度减少到单层时，价带顶与导带底都处于布里渊区里的波矢K处，此时电子的跃迁方式属于垂直跃迁。此外，由于自旋轨道耦合作用，价带分裂为高能量的V1和低能量的V2，跃迁到导带底的电子与价带顶的空穴形成电子-空穴束缚对，价带V2和V1对应的束缚体系激子分别被称为B和A0激子，A0激子还能吸收额外的电子形成三激子体系，被称之为A-激子，在库仑力的作用下，激子对会到达相应的能级，并以发光的形式释放一定的能量，处于高能量态不稳定的激子，跃迁复合后也会产生荧光现象[26]。在图1.2（b）中，当MoSe2为块体时，在布里渊区里，找不到一个波矢位置使导带底和价带顶在竖直方向上重合，然而当MoSe2的厚度变为单层时，在波矢K位置处，价带顶与导带底在竖直方向上对齐，在激光作用下，电子会发生垂直跃迁现象。图1.2（a）不同层数MoS2的电子能带结构图[24]，（b）块体和单层MoSe2的电子能带结构图[25]，其中黑色代表块体，红色代表单层。
谱鞒⌒в??骞埽‵ET），2019年，新加坡国立大学的S.W.Tong等人[29]通过薄层MoS2制作了背栅极场效应晶体管，图1.3（a）展示了多个器件的实物图和载流子迁移率分布情况，器件的开关比可达106，最高载流子迁移率为90cm2V-1s-1。2016年，YangHang等人[30]通过机械剥离法得到了薄层MoSe2，制作了场效应晶体管，如图1.3（b）所示，为MoSe2场效应晶体管的电极实物图。测试得到器件的开关比大于105，载流子迁移率为1.79cm2V-1s-1。以上两个课题组的实验结果都表明了二维MoX2在场效应晶体管电子器件方向前景可观。图1.3MoX2的场效应晶体管，（a）MoS2场效应晶体管实物图[29]，（b）MoSe2场效应晶体管实物图[30]。二维MoX2还有着良好的光学性能，2010年，Andreasplediani等人[31]报道了超薄MoS2的光致荧光现象，图1.4（a）为MoS2的拉曼和荧光光谱，它的荧光强度随着层数的减少而增强，当层数为单层时荧光强度最强，这种惊人的荧光现象为纳米光电子器件的应用打下了基矗2017年，PilJuKo等人[32]通过机械剥离法制备了少数层MoSe2，图1.4（b）为MoSe2的拉曼和荧光光谱图，随着层数的增多，荧光强度变弱且荧光峰发生了红移，拉曼峰A1g右移，E12g左移。用MoSe2纳米片制作了高性能的近红外光电探测器，在近红外光激发下，光响应可达238AW-1，探测率高达7.6×1011cmHz1/2W-1。从不同厚度二维MoX2的拉曼以及荧光光谱图可知，在激光作用下，少数层的二维MoX2对光有较高的敏感性，在未来的光学和光电子学领域，二维MoX2必将有广阔的应用天地。
【参考文献】：
期刊论文
[1]生长时间对二硫化钼的化学气相生长及其光电性能的影响[J]. 石侃,张敏,祝祖送. 中国照明电器. 2019(12)
[2]基于温度控制的MoS2薄膜制备的探究[J]. 龚家志,周仁龙,杨飒,翁惠仪. 广州化工. 2019(07)
[3]二硒化钼合成与应用的研究进展[J]. 亓淑艳,刘小虎,陈明. 哈尔滨理工大学学报. 2016(01)
[4]二硫化钼的性质、生产和应用[J]. 张亨. 中国钼业. 2014(01)
本文编号：3489602
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