二维硒化锗材料的制备与光电性能表征
发布时间：2021-09-02 11:37
单层硒化锗是一种新型的二维材料,是一种具有宽波段光致发光光谱和复杂的能带结构以及优良的光电特性优的直接带隙半导体材料,在光电领域发展中拥有很好的应用前景。目前仍然缺乏关于少层到单层硒化锗的实验研究,主要的科学挑战是发展控制制备单层薄膜的技术。在本论文中,我们运用机械剥离和激光减薄技术相结合的方法在SiO2/Si衬底上制备出了单层硒化锗材料。开展了对单层硒化锗材料的形貌、拉曼光谱以及荧光光谱的性能表征的工作。原子力显微镜数据表明,减薄样品的激光功率密度为9.6×104W/cm2时,硒化锗样品的平均厚度减薄到1.5nm,接近单层硒化锗的理论计算值。通过拉曼光谱表征发现,硒化锗层厚的变化导致了拉曼峰强度的变化以及拉曼模式峰位的变化。使用荧光光谱仪探测到单层硒化锗分别在波长为589nm、655nm、737nm、830nm、1034nm、1178nm、1314nm和1456nm处出现8个连续荧光光谱峰。结合第一性原理计算,对实验发现的多个光致发光光谱峰进行了能带结构解释,其中部分光谱峰与理论计算得出的带隙值基本符合一致。我们使用了基于密度函数理论的第一原理对多层到单层的硒化锗能带结构进行了计算说...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２单层、双层、六层和块体ＭｏＳ２样品的光致发光光谱和拉曼光谱［６５］
光致发光强度随材料层厚的增加而増强。单层材料的荧光光谱最强，但是在块状材料中??没有荧光光谱。原因是因为Ｍ〇Ｓ２随着层厚的减少，由间接带隙转变为直接带隙半导体，??如图１．２所示，实验报道了不同层厚和块体ＭｏＳａ的光致发光光谱。在块材料Ｍ〇Ｓ２中，??没有光致发光产生，而对于少层和单层Ｍ〇Ｓ２，其光致发光强度表现出了与层厚的依赖??性。此外，Ｍ〇Ｓ２的拉曼光谱表明，声子结构除了受载流子浓度和温度影响之外，也与材??料的层厚和应变相关。最近的研究表明单层过渡金属硫化物中的光学跃迁是通过激子而??不是直接带间跃迁来控制的。例如，单层和双层ＭｏＳ２的光吸收光谱都有两个不同的峰，??单层Ｍ〇Ｓ２的激子结合能很高（０．５？０．９ｅＶ），少层的激子结合能很低（〇．４ｅＶ）。??１．２．?２过渡金属硫族化合物的应用??Ｓｉ〇２?㈨??Ｓ。—ｒ＂＂＂＊??編—：：；；．，；二一’??：：．．．．．．．．．．．＾．．．．．．．．．．．．．：??－４?－２３?２?４??（ｃ）?〇．?丁〇＿?丨扣＾???｛Ｃ｝?Ｄ＿?＼?／?Ｓｏｕｒｃｅ??＇、、?Ｍ?ｙ?？?？?？？？？？？??ｈｔ〇２?．－？．，?．’Ａ?？?＇一，＜：？？？??…遲厂．Ｔ：／??■．?—
硒化锗晶体是周期表第ＩＶ，?ＶＩ族化合物半导体，属于正交晶系离子性晶体。关于??单层硒化锗的结构，通过密度泛函理论（ＤＦＴ）的计算发现除了我们最常见的层状ａ硒化??锗之外，还存在着ｐ硒化锗、化锗、Ｓ硒化锗和ｓ硒化锗四种结构，如图１．４所示，??每一种原子共价键化学键合到其他原子种类的三个相邻原子上。硒化锗的这五种多态结??构展现出了多种的能带带隙，这对于宽带光电子和光子的应用有着非常重要的作用。ｏｔ??硒化锗、Ｙ硒化锗、Ｓ硒化锗和ｓ晒化锗的脊状结构为各向异性的，而ｐ硒化锗为各向??同性结构［５１＼?ａ砸化锗是在这五个晶型中最有能量的形式。在我们的实验中，主要是对??ｃｃ硒化锗性能的研究，类似于黑磷的ａ硒化锗的平衡构型是一种卷状结构，沿着ｙ轴形??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）?（ｄ）?（ｅ）??ｃｔ－ＧｓＳｅ?，?ｐ?－?Ｇ？Ｓ？?ｙ－ＧｅＳ？?５?－ＧｅＳｅ?ｅ－ＧｅＳｅ??…气ＶＩＡ、??…．．．．．??ＷＷＷ％嘗??——＞??ｘ??图１．４（ａ）ａ硒化锗，（ｂ）ｐ砸化锗，（ｃ）Ｙ硒化锗，（ｄ）Ｓ硒化锗，和（ｅ）ｓ硒化锗单层的优化后的几何??结构，顶部俯瞅图（上）和侧面视图（下）视图。用绿色的球代替Ｇｅ原子，用黄色的球代替Ｓｅ原??子
【参考文献】：
期刊论文
[1]单层硒化锗多形体的结构特性和电子性质（英文）[J]. 张胜利,刘尚果,黄世萍,蔡波,谢美秋,渠莉华,邹友生,胡自玉,余学超,曾海波. Science China Materials. 2015(12)
[2]石墨烯掺杂的研究进展[J]. 张芸秋,梁勇明,周建新. 化学学报. 2014(03)
本文编号：3378938
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２单层、双层、六层和块体ＭｏＳ２样品的光致发光光谱和拉曼光谱［６５］
光致发光强度随材料层厚的增加而増强。单层材料的荧光光谱最强，但是在块状材料中??没有荧光光谱。原因是因为Ｍ〇Ｓ２随着层厚的减少，由间接带隙转变为直接带隙半导体，??如图１．２所示，实验报道了不同层厚和块体ＭｏＳａ的光致发光光谱。在块材料Ｍ〇Ｓ２中，??没有光致发光产生，而对于少层和单层Ｍ〇Ｓ２，其光致发光强度表现出了与层厚的依赖??性。此外，Ｍ〇Ｓ２的拉曼光谱表明，声子结构除了受载流子浓度和温度影响之外，也与材??料的层厚和应变相关。最近的研究表明单层过渡金属硫化物中的光学跃迁是通过激子而??不是直接带间跃迁来控制的。例如，单层和双层ＭｏＳ２的光吸收光谱都有两个不同的峰，??单层Ｍ〇Ｓ２的激子结合能很高（０．５？０．９ｅＶ），少层的激子结合能很低（〇．４ｅＶ）。??１．２．?２过渡金属硫族化合物的应用??Ｓｉ〇２?㈨??Ｓ。—ｒ＂＂＂＊??編—：：；；．，；二一’??：：．．．．．．．．．．．＾．．．．．．．．．．．．．：??－４?－２３?２?４??（ｃ）?〇．?丁〇＿?丨扣＾???｛Ｃ｝?Ｄ＿?＼?／?Ｓｏｕｒｃｅ??＇、、?Ｍ?ｙ?？?？?？？？？？？??ｈｔ〇２?．－？．，?．’Ａ?？?＇一，＜：？？？??…遲厂．Ｔ：／??■．?—
硒化锗晶体是周期表第ＩＶ，?ＶＩ族化合物半导体，属于正交晶系离子性晶体。关于??单层硒化锗的结构，通过密度泛函理论（ＤＦＴ）的计算发现除了我们最常见的层状ａ硒化??锗之外，还存在着ｐ硒化锗、化锗、Ｓ硒化锗和ｓ硒化锗四种结构，如图１．４所示，??每一种原子共价键化学键合到其他原子种类的三个相邻原子上。硒化锗的这五种多态结??构展现出了多种的能带带隙，这对于宽带光电子和光子的应用有着非常重要的作用。ｏｔ??硒化锗、Ｙ硒化锗、Ｓ硒化锗和ｓ晒化锗的脊状结构为各向异性的，而ｐ硒化锗为各向??同性结构［５１＼?ａ砸化锗是在这五个晶型中最有能量的形式。在我们的实验中，主要是对??ｃｃ硒化锗性能的研究，类似于黑磷的ａ硒化锗的平衡构型是一种卷状结构，沿着ｙ轴形??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）?（ｄ）?（ｅ）??ｃｔ－ＧｓＳｅ?，?ｐ?－?Ｇ？Ｓ？?ｙ－ＧｅＳ？?５?－ＧｅＳｅ?ｅ－ＧｅＳｅ??…气ＶＩＡ、??…．．．．．??ＷＷＷ％嘗??——＞??ｘ??图１．４（ａ）ａ硒化锗，（ｂ）ｐ砸化锗，（ｃ）Ｙ硒化锗，（ｄ）Ｓ硒化锗，和（ｅ）ｓ硒化锗单层的优化后的几何??结构，顶部俯瞅图（上）和侧面视图（下）视图。用绿色的球代替Ｇｅ原子，用黄色的球代替Ｓｅ原??子
【参考文献】：
期刊论文
[1]单层硒化锗多形体的结构特性和电子性质（英文）[J]. 张胜利,刘尚果,黄世萍,蔡波,谢美秋,渠莉华,邹友生,胡自玉,余学超,曾海波. Science China Materials. 2015(12)
[2]石墨烯掺杂的研究进展[J]. 张芸秋,梁勇明,周建新. 化学学报. 2014(03)
本文编号：3378938
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3378938.html
