过渡金属二硫化物及其异质结中载流子动力学超快激光光谱研究

发布时间：2020-12-02 06:44

　　以过渡金属二硫化物为代表的层状材料,以独特的层间范德瓦尔斯力使得其制备方式极为简便,且凭借优异的光吸收特性,在光探测器、光伏以及发光器件上得到了广泛应用。过渡金属二硫化物中的光生载流子对于光电器件的性质有着决定性作用,因此,对其动态过程的研究具有重要意义。本文利用超快激光泵浦-探测技术对二硫化钼、二硒化钼与石墨烯形成的异质结进行了瞬态吸收测试,探测到了层间的电子转移过程,为以其异质结构为基础的光学器件提供了重要理论依据。此外,以探测光带间吸收的测试机制有其固有局限性。本文提出了一种新的探测机制,即激子带内吸收机制,并对二硫化钼和二硫化钨进行了时间分辨的超快激光测试,计算出了材料的吸收截面,避免了带间吸收机制中存在的问题。主要内容如下:一、利用瞬态吸收光谱从时间分辨角度研究了单层二硫化钼、二硒化钼、体材料二硫化钼以及它们与石墨烯形成的异质结中载流子的动力学过程,材料由机械剥离法制备并通过转移技术合成异质结。实验探测到了由单层二硫化钼、二硒化钼向石墨烯层高效的电子转移过程,而在石墨烯与体材料二硫化钼形成的异质结中,层间电荷转移效率较低。同时发现了石墨烯中的载流子可以调控二硫化钼或二硒化钼层... 

【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：94 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
    1.1 过渡金属二硫化物简介
        1.1.1 过渡金属二硫化物的发展
        1.1.2 过渡金属二硫化物的应用
    1.2 范德瓦尔斯异质结简介
        1.2.1 范德瓦尔斯异质结的发展
        1.2.2 范德瓦尔斯异质结的常见结构
        1.2.3 范德瓦尔斯异质结的应用
    1.3 论文结构概要
2 超快激光泵浦-探测系统的构建
    2.1 时间维度分析光生载流子动态原理
        2.1.1 光饱和与载流子的诱导吸收
        2.1.2 热平衡和能量弛豫
        2.1.3 激子的形成、湮灭与复合
    2.2 时间分辨的差分反射率光谱
        2.2.1 差分反射率
        2.2.2 利用差分反射探测受激粒子动态
    2.3 空间维度分析光生载流子动态原理
        2.3.1 迁移率与扩散系数
        2.3.2 高斯分布载流子的扩散
    2.4 时间-空间分辨的差分反射率光谱
    2.5 泵浦-探测技术仪器简介与光路布局
    2.6 总结
3 过渡金属二硫化物与石墨烯异质结的载流子层间转移研究
    3.1 二硫化钼与二硒化钼简介
    3.2 二硫化钼与石墨烯范德瓦尔斯异质结载流子的层间转移
        3.2.1 二硫化钼与石墨烯异质结的制备和表征
        3.2.2 泵浦-探测实验设置
        3.2.3 差分反射率探测单层二硫化钼载流子动态
        3.2.4 单层二硫化钼/石墨烯异质结不同激发波长的对比测试
        3.2.5 差分反射率探测体材料二硫化钼载流子动态
        3.2.6 体材料二硫化钼/石墨烯异质结不同激发波长的对比测试
    3.3 二硒化钼与石墨烯范德瓦尔斯异质结载流子的层间转移
        3.3.1 二硒化钼与石墨烯异质结的制备与鉴别
        3.3.2 泵浦-探测实验设置
        3.3.3 单层二硒化钼的差分反射率测试
        3.3.4 单层二硒化钼与石墨烯异质结的载流子过程探测
    3.4 结论
4 激子带内吸收机制探测过渡金属二硫化物激子动态
    4.1 带间吸收存在的问题
    4.2 激子带内吸收机制实验设计
    4.3 激子带内吸收原理
    4.4 衬底信号的影响
    4.5 二硫化钼与二硫化钨基于激子带内吸收的差分反射率测试
    4.6 结论
5 总结
    5.1 内容总结
    5.2 问题与展望
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集



本文编号：2895127