二维材料的CVD生长及器件制备研究

发布时间：2020-04-01 05:51

【摘要】：自从石墨烯发现以来,各种衍生的二维(2D)材料进入人们的视线。包括六方氮化硼(h-BN)、黑磷、二硫化钼(MoS_2)、二硫化钨(WS_2)等。这些二维材料在太阳能电池、发光二极管、光电探测、储能器件等领域有着广泛的研究与应用。二硫化钼、二硫化钨由于其原子级的厚度、宽带隙、稳定性高等优点被认为有望成为下一代电子材料。化学气相沉积(CVD)法是制备大面积均匀二硫化钼、二硫化钨的有效方法。本论文从铜箔上的石墨烯以及蓝宝石衬底上的二硫化钼、二硫化钨的CVD制备,到氮化镓衬底上二硫化钼的CVD制备,和二硫化钼的高效无褶皱转移以及器件制备等部分进行研究。主要内容包括:1.采用低压化学气相沉积法(LPCVD)在铜箔上生长石墨烯,在蓝宝石衬底上生长MoS_2与WS_2。2.采用低压化学气相沉积法在氮化镓衬底上生长出连续的二硫化钼薄膜。发现二硫化钼薄膜的厚度随着衬底到氧化钼距离的增加而降低。并通过优化氮化镓衬底的倾斜度,提高二硫化钼的均匀性;通过调整衬底的高度,控制二硫化钼的层数。3.采用CVD制备的二硫化钼制备大面积器件中关键的一步是将二硫化钼转移到新的衬底上。液体辅助转移是最常用的转移方法。但在转移过程中经常出现褶皱、裂纹等现象,这严重阻碍着大面积器件的制备。通过调控转移过程中的铺展系数S,有效地减小了转移过程中对二硫化钼薄膜的损伤,得到大面积无褶皱的二硫化钼薄膜。4.采用光刻、电子束蒸发等工艺,在CVD生长的1×1 cm面积的单层MoS_2上制备出约500个背栅场效应晶体管。这些晶体管表现出较高的迁移率(最高118 cm~2V~(-1)s~(-1))和较大的开关比(10~8)。
【图文】：

衬底表面发生多相反应；应产物在衬底表面沉积；产物被排出衬底表面。个过程中，分析决定反应速率的主要因素很重要。反应最慢的步骤决应过程中的反应速率[34]。表面化学反应在高温时可能较快，此时决定向于反应物和副产物的输运速率决定整个反应速率。在这种情况下流的边界层因素控制着沉积速率。在低温时表面化学反应速率较低，反于受表面反应控制。化学气相沉积法沉积薄膜不受实现限制有很强能力，可以在凹槽、孔洞中沉积。而且很容易实现多种元素和化合物但是在 CVD 过程中通常会产生有毒副产物并且反应温度较高使其不温时不稳定的衬底上沉积[35]。 氧化钼与硫为源制备二硫化钼的反应机理.1 化学反应过程CVD 生长 MoS2的原料以及衬底配置方式如图 1.2 所示。

第 1 章 引言 3= 3exp(1 3) (1.16)2MoO3+7S→2MoS2+3SO2(1.17)生长过程中，存在着薄膜生长和晶核生长之间竞争。当 k>R(OoS2表现为二维生长。当 k<R(O)时，晶核因为分子迁移而长大制形核和生长速率，调控 MoS2的形貌，，从而得到大尺寸单膜以及多层 MoS2。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB34;TN386

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 叶琳;;石墨烯产业前沿技术发展方向研究[J];新材料产业;2019年09期

2 ;半导体所等在多层石墨烯物理性质研究方面取得新进展[J];中国粉体工业;2012年02期

3 ;美利用电子成像技术分析石墨烯[J];中国粉体工业;2012年06期

4 ;全球首条石墨烯生产线明年8月投产 潜力巨大[J];中国粉体工业;2012年06期

5 ;天奈科技开发出碳纳米管与石墨烯复合锂电池助导剂[J];中国粉体工业;2016年03期

6 ;广西大学破解石墨烯制备难题 可大批量生产粉体材料[J];中国粉体工业;2016年03期

7 ;新的视觉体验 变色石墨烯泡沫创建“机械像素”[J];中国粉体工业;2016年06期

8 ;不完美石墨烯的“华丽蜕变”[J];中国粉体工业;2016年06期

9 ;石墨烯改变未来有望从这五大领域开始[J];中国粉体工业;2016年06期

10 ;德阳将打造“中国西部石墨烯产业先导基地”[J];中国粉体工业;2016年03期

相关会议论文 前10条

1 靳磊;于庆河;刘皓;张铭;刘凯歌;李凯;;石墨烯分散及其对防腐性能影响规律研究[A];第十届全国腐蚀大会摘要集[C];2019年

2 王庆国;张炜;王凯;王莎莎;;石墨烯在汽车领域的应用展望[A];第十八届中国科协年会——分2 中国新能源汽车产业创新发展论坛论文集[C];2016年

3 刘东;李丽波;由天艳;;电化学制备氮掺杂石墨烯及其在催化氧气还原反应中的应用[A];第十三届全国电分析化学学术会议会议论文摘要集[C];2017年

4 王莹;刘子顺;;通过缺陷设计实现石墨烯的自发卷起和组装[A];2018年全国固体力学学术会议摘要集（上）[C];2018年

5 郑龙;许宗超;张立群;温世鹏;刘力;;石墨烯/橡胶纳米复合材料的基础研究以及工业化应用[A];第十四届中国橡胶基础研究研讨会会议摘要集[C];2018年

6 邢瑞光;李亚男;张邦文;;功能化石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备及介电性能研究[A];2019年第四届全国新能源与化工新材料学术会议暨全国能量转换与存储材料学术研讨会摘要集[C];2019年

7 高超;方波;;石墨烯宏观组装及多功能复合材料[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题M：高分子共混与复合体系[C];2017年

8 李永军;杨阳;戴静;黄晓宇;;功能化石墨烯、氟化石墨烯及石墨烷的制备[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题O：共价骨架高分子与二维高分子[C];2017年

9 梁秀敏;江雷;程群峰;;仿生石墨烯纤维研究进展[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题M：高分子共混与复合体系[C];2017年

10 方浩明;白树林;;三维石墨烯填充高导热弹性体[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题M：高分子共混与复合体系[C];2017年

相关重要报纸文章 前10条

1 重庆商报-上游新闻记者 严薇;诺奖得主科斯提亚·诺沃肖洛夫：重庆石墨烯产业大有可为[N];重庆商报;2019年

2 本报记者 樊小帅;石墨烯引领采暖新风尚[N];延安日报;2019年

3 宗华;科学家发明石墨烯染发剂[N];中国科学报;2018年

4 沈春蕾 刘言;金属所氧化石墨烯实现绿色制备[N];中国科学报;2018年

5 记者 秦志伟;规模制备石墨烯技术取得新进展[N];中国科学报;2017年

6 记者 赵婵莉;宁夏汉尧入选工信部石墨烯“一条龙”应用计划[N];华兴时报;2019年

7 伊明;石墨烯的2019：从“逐渐退烧”到“新材料之王”[N];中国企业报;2020年

8 陈济桁;美国多所大学认为石墨烯互联通路将推进高速超级计算机发展[N];中国航空报;2020年

9 范凌志;石墨烯电池，让手机告别“每日一充”？[N];环球时报;2019年

10 记者 袁静娴;打造石墨烯产业的华为[N];深圳商报;2019年

相关博士学位论文 前10条

1 牛庆飞;氧化石墨烯的吸附性能及促进神经再生的作用[D];中国医科大学;2017年

2 郭梁超;超精密磨削衬底生长无转移石墨烯应用及机理研究[D];大连理工大学;2019年

3 梁菁菁;碳基柔性复合材料制备及其应变传感性能研究[D];大连理工大学;2019年

4 朱日佳;石墨烯三端结和石墨烯-量子点复合器件研究[D];大连理工大学;2019年

5 马栎敏;基于石墨烯层叠结构的透明电磁屏蔽方法研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

6 徐帆;三维石墨烯网络结构及其复合材料制备与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

7 姜欢;基于电控可调超表面的偏振调控特性研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

8 黄丽;单晶和多晶衬底支撑石墨烯的扫描电镜成像表征研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

9 曾杰;立式石墨烯纳米片的热化学气相沉积与电化学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

10 唐欢;基于分子动力学模拟的水中氧化石墨烯的聚集与吸附研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

相关硕士学位论文 前10条

1 阮敏娜;基于三维石墨烯去除水中抗生素的研究[D];山西大学;2019年

2 张然;功能化石墨烯的合成及其用于NO_2~-及SO_3~(2-)的电化学检测[D];山西大学;2019年

3 王凡嵩;新型二维电极材料计算研究[D];华北电力大学(北京);2019年

4 韩丽君;石墨烯纳米材料对染料的吸附及电化学检测[D];山西大学;2019年

5 高湘丽;氮掺杂石墨烯水凝胶的制备及其电容性能研究[D];山西大学;2019年

6 许佳伟;粘胶基石墨烯织物的性能研究及功能化[D];武汉纺织大学;2019年

7 卫壮志;涂覆石墨烯的三根电介质纳米线波导的模式特性分析[D];山西大学;2019年

8 郭彦焦;石墨烯量子点复合金属氧化物制备及其光催化性能研究[D];华北电力大学(北京);2019年

9 柳杨;石墨烯基材料对环境中铀酰离子及重金属离子去除的理论研究[D];华北电力大学(北京);2019年

10 佟欣儒;柔性石墨烯/PET基体保护膜的制备及复合薄膜性能研究[D];辽宁科技大学;2019年

本文编号：2610061