不同衬底上层状MoS 2 薄膜制备及应用的研究进展
发布时间：2021-12-09 00:22
二维层状MoS2薄膜具有超高的光响应度、高导电特性、良好的光学透明度以及优异的机械性能,是制造多功能和高性能光电探测器、传感器等最理想的半导体材料之一。在不同衬底上制备的MoS2薄膜性质有所差异,其构成的异质结性能也各具特色。首先,介绍了常用于制备层状MoS2薄膜的化学气相沉积（CVD）法和高温热分解法;然后,综述了在Si、塑料、GaN、GaAs、Si纳米线、蓝宝石、SiO2/Si和SiC等不同衬底上制备层状MoS2薄膜的方法,利用原子力显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱等测试方法对各衬底上制备的MoS2薄膜结构和性能进行了表征;同时讨论了相应的异质结器件的特性及应用,并对高质量MoS2薄膜在光电探测器、气体传感器、压电器件等光电子和纳电子器件中的应用进行了展望。
【文章来源】：半导体技术. 2020,45(10)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
CVD法制备MoS2薄膜的装置示意图[10]
MoS3→MoS2+S (4)通过高温热分解法可以在各种衬底上制备MoS2薄膜,该制备过程中仪器设备操作相对简单,制备的材料具有结晶度高的优点,满足可控制备大面积层状MoS2 薄膜的需求。
在Si衬底上制备的MoS2薄膜的性能表征如图3[11]所示。图3(a)为热分解法在Si衬底上获得的MoS2薄膜的X射线衍射(XRD) 图谱,图中I为衍射强度,θ为衍射角。由图可见14.3°处的衍射峰对应于MoS2的(002)晶面。图3(b) 为MoS2薄膜的高分辨透射电子显微镜(HRTEM) 图像和相应区域的电子衍射(SAED) 图样,晶轴为[001],其中<001>和<010>方向的晶面间距均为0.27 nm。利用拉曼光谱通过E2g和A1g拉曼模式之间的能量差可研究MoS2层的数量[11],如图3(c)所示,图中Δσ为拉曼位移。两个特征峰E2g和A1g分别位于382.44 cm-1和407.92 cm-1,两个特征峰之间的间距为25.48 cm-1,表明合成了5层MoS2薄膜。图3(d)为原子力显微镜(AFM) 测试结果,图中d为距离,h为薄膜厚度,其值为9.5 nm。Mo 3d和S 2p的X射线光电子能谱(XPS)分别如图3(e)和(f)所示,结合能(EB)为229.3 eV和232.5 eV的峰值分别对应于Mo 3d5/2和Mo 3d3/2轨道,在162.3 eV和163.5 eV处的峰值分别对应S 2p3/2和S 2p1/2轨道。通过对峰的定量分析,Mo与S的原子比为1∶2.06,这与MoS2的化学计量比非常接近。利用热分解法制备的MoS2/Si异质结光电器件具有明显的光响应特性,响应速度(上升/下降时间) 为21.6 μs /65.5 μs,实现了23.1 A/W以上的响应度和1.63 × 1012 Jones以上的比探测率,并且该类光电探测器可以稳定地应用于从深紫外到近红外(高达 150 kHz) 波段[11]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维材料光电探测器的研究进展(续)[J]. 张恒康,冀婷,李国辉,韩娜,王英奎,王文艳,郝玉英,崔艳霞. 半导体技术. 2020(02)
[2]高质量单层二硫化钼薄膜的研究进展[J]. 魏争,王琴琴,郭玉拓,李佳蔚,时东霞,张广宇. 物理学报. 2018(12)
本文编号：3529537
【文章来源】：半导体技术. 2020,45(10)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
CVD法制备MoS2薄膜的装置示意图[10]
MoS3→MoS2+S (4)通过高温热分解法可以在各种衬底上制备MoS2薄膜,该制备过程中仪器设备操作相对简单,制备的材料具有结晶度高的优点,满足可控制备大面积层状MoS2 薄膜的需求。
在Si衬底上制备的MoS2薄膜的性能表征如图3[11]所示。图3(a)为热分解法在Si衬底上获得的MoS2薄膜的X射线衍射(XRD) 图谱,图中I为衍射强度,θ为衍射角。由图可见14.3°处的衍射峰对应于MoS2的(002)晶面。图3(b) 为MoS2薄膜的高分辨透射电子显微镜(HRTEM) 图像和相应区域的电子衍射(SAED) 图样,晶轴为[001],其中<001>和<010>方向的晶面间距均为0.27 nm。利用拉曼光谱通过E2g和A1g拉曼模式之间的能量差可研究MoS2层的数量[11],如图3(c)所示,图中Δσ为拉曼位移。两个特征峰E2g和A1g分别位于382.44 cm-1和407.92 cm-1,两个特征峰之间的间距为25.48 cm-1,表明合成了5层MoS2薄膜。图3(d)为原子力显微镜(AFM) 测试结果,图中d为距离,h为薄膜厚度,其值为9.5 nm。Mo 3d和S 2p的X射线光电子能谱(XPS)分别如图3(e)和(f)所示,结合能(EB)为229.3 eV和232.5 eV的峰值分别对应于Mo 3d5/2和Mo 3d3/2轨道,在162.3 eV和163.5 eV处的峰值分别对应S 2p3/2和S 2p1/2轨道。通过对峰的定量分析,Mo与S的原子比为1∶2.06,这与MoS2的化学计量比非常接近。利用热分解法制备的MoS2/Si异质结光电器件具有明显的光响应特性,响应速度(上升/下降时间) 为21.6 μs /65.5 μs,实现了23.1 A/W以上的响应度和1.63 × 1012 Jones以上的比探测率,并且该类光电探测器可以稳定地应用于从深紫外到近红外(高达 150 kHz) 波段[11]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维材料光电探测器的研究进展(续)[J]. 张恒康,冀婷,李国辉,韩娜,王英奎,王文艳,郝玉英,崔艳霞. 半导体技术. 2020(02)
[2]高质量单层二硫化钼薄膜的研究进展[J]. 魏争,王琴琴,郭玉拓,李佳蔚,时东霞,张广宇. 物理学报. 2018(12)
本文编号：3529537
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