二维材料二硒化钨和石墨烯的制备与光学性质研究
发布时间：2021-03-26 16:40
二维材料是指一类仅有一层或少数几层单原子厚度的薄膜材料,往往展现出与其对应的三维块状材料显著不同的物理和化学性质。最近十几年来,二维材料的研究和应用受到了全世界科学家和工程师的广泛关注,其中半导体二硒化钨（WSe2）和半金属石墨烯就是两个典型的二维材料。多层WSe2为间接带隙半导体,减薄至单层时成为直接带隙半导体,与其它二维过渡金属硫族化合物（TMDs）相比,WSe2自旋轨道耦合导致的能带劈裂（约400 me V）更大,也是为数不多的可被调制为n-p双型半导体的材料,在电子学及光电子学领域都是一个有应用前景的材料。目前虽然对单层WSe2的研究和应用较多,但是由于材料与衬底之间的界面反射效应,用多层WSe2制备的电子器件通常具有更高的载流子迁移率和更低的接触电阻。因此解决多层WSe2光致发光（PL）强度较弱的问题,发挥其在光电子学及器件制备方面的优势,对WSe2的应用具有重大意义。在本论文的多层WSe2气泡的光学性...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二维材料家族[11]
第一章绪论2半导体性质，TiSe2是半金属性质，NbSe2是金属性质且低温下呈现超导性质等[23-25]。而石墨烯由于其性质优异且应用范围广泛，一直在被不断研究和优化。图1.2部分二维材料原子结构示意图。(a)石墨烯，(b)h-BN，(c)SnSe，(d)黑磷，(e)MoS2，(f)Bi2Te3[26]1.2二硒化钨和石墨烯的结构、性质与应用1.2.1二硒化钨的结构、性质与应用二硒化钨（WSe2）作为典型的TMDs材料，与MoS2、MoSe2、WS2等其它TMDs材料在结构与性质方面具有一些共性，但是WSe2也有其独特之处。单层WSe2为典型的三明治结构，由两个Se原子层夹着一个W原子层组成，层内原子依靠共价键构成六角蜂巢结构，如图1.3所示，每个Se-W-Se层通过较弱的范德瓦尔斯力堆叠在一起形成多层结构[27]，每一层薄膜的厚度约为0.68nm[28]。WSe2常见的堆叠方式有1T、2H、3R三种，其中数字表示一个晶胞中所含Se-W-Se结构的数量，T表示三斜晶系，H表示六方晶系，R表示菱方晶系[29]，三种堆叠方式如图1.4所示。1T结构的重复单元为一个单层；2H结构的重复单元为两层，这两层以AB的方式堆叠，任意一层的Se原子与另一层的W原子对齐排列；3R结构的重复单元为三层，以ABC的方式堆叠，第二层和第三层与第一层的方向相同，但是在平面内有一定位移[30]。一般2H相为稳定相，通常表现出半导体性质，1T相和3R相为亚稳相[31]。
第一章绪论3图1.3二维WSe2原子结构示意图。(a)透视图；(b)俯视图；(c)侧视图[27]图1.4WSe2的2H、3R、1T结构示意图[29]不同层数2H-WSe2的能带结构及其光致发光（Photoluminescence,PL）光谱如图1.5所示，块体WSe2是带隙1.21eV大小的间接带隙半导体，其中价带的最高点在K点，导带的最低点在Γ点和K点之间的位置[32]。当层数减少到单层时，WSe2转变为直接带隙半导体，带隙大小约为1.65eV[33]。单层WSe2的PL信号在1.65eV；随层数增加，直接带隙的PL峰位置在双层薄膜中红移到1.57eV，之后几乎不随层数变化；间接带隙的PL峰位置随层数增加不断红移，7到11层的WSe2有两个PL峰，分别在1.39eV和1.59eV，前者来源于Γ点价带顶到Γ点和K点之间的间接带隙光学跃迁，后来来源于K点价带顶到K点导带底的直接带隙跃迁。由于过渡金属原子d轨道的自旋轨道耦合，WSe2的价带自旋劈裂为两个，它们之间的间距约为400meV[34]，而A、B激子的发光来源于K点处的两个价带分别跃迁到K点处的导带底，因此直接带隙A、B激子的PL峰位置差400meV左右。而导带的自旋轨道相互作用使K点的导带底劈裂为间距约30meV的两个能级，其中与价带顶点的电子自旋方向平行相同的可以发生光学跃迁，与(a)(b)(c)
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维原子晶体材料及其范德华异质结构研究进展[J]. 屠海令,赵鸿滨,魏峰,张青竹,杜军. 稀有金属. 2017(05)
[2]SiC衬底上石墨烯的性质、改性及应用研究[J]. 方楠,刘风,刘小瑞,廖瑞娴,缪灵,江建军. 化学学报. 2012(21)
[3]石墨烯及其复合材料的制备及性能研究进展[J]. 赵远,黄伟九. 重庆理工大学学报(自然科学). 2011(07)
[4]化学气相沉积技术的研究与应用进展[J]. 杨西,杨玉华. 甘肃水利水电技术. 2008(03)
[5]扫描电子显微镜及其在材料科学中的应用[J]. 朱琳. 吉林化工学院学报. 2007(02)
[6]分子束外延半导体纳米材料[J]. 孔梅影. 现代科学仪器. 1998(Z1)
博士论文
[1]铜基石墨烯化学气相沉积扩散机制研究[D]. 赵志娟.厦门大学 2017
本文编号：3101910
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二维材料家族[11]
第一章绪论2半导体性质，TiSe2是半金属性质，NbSe2是金属性质且低温下呈现超导性质等[23-25]。而石墨烯由于其性质优异且应用范围广泛，一直在被不断研究和优化。图1.2部分二维材料原子结构示意图。(a)石墨烯，(b)h-BN，(c)SnSe，(d)黑磷，(e)MoS2，(f)Bi2Te3[26]1.2二硒化钨和石墨烯的结构、性质与应用1.2.1二硒化钨的结构、性质与应用二硒化钨（WSe2）作为典型的TMDs材料，与MoS2、MoSe2、WS2等其它TMDs材料在结构与性质方面具有一些共性，但是WSe2也有其独特之处。单层WSe2为典型的三明治结构，由两个Se原子层夹着一个W原子层组成，层内原子依靠共价键构成六角蜂巢结构，如图1.3所示，每个Se-W-Se层通过较弱的范德瓦尔斯力堆叠在一起形成多层结构[27]，每一层薄膜的厚度约为0.68nm[28]。WSe2常见的堆叠方式有1T、2H、3R三种，其中数字表示一个晶胞中所含Se-W-Se结构的数量，T表示三斜晶系，H表示六方晶系，R表示菱方晶系[29]，三种堆叠方式如图1.4所示。1T结构的重复单元为一个单层；2H结构的重复单元为两层，这两层以AB的方式堆叠，任意一层的Se原子与另一层的W原子对齐排列；3R结构的重复单元为三层，以ABC的方式堆叠，第二层和第三层与第一层的方向相同，但是在平面内有一定位移[30]。一般2H相为稳定相，通常表现出半导体性质，1T相和3R相为亚稳相[31]。
第一章绪论3图1.3二维WSe2原子结构示意图。(a)透视图；(b)俯视图；(c)侧视图[27]图1.4WSe2的2H、3R、1T结构示意图[29]不同层数2H-WSe2的能带结构及其光致发光（Photoluminescence,PL）光谱如图1.5所示，块体WSe2是带隙1.21eV大小的间接带隙半导体，其中价带的最高点在K点，导带的最低点在Γ点和K点之间的位置[32]。当层数减少到单层时，WSe2转变为直接带隙半导体，带隙大小约为1.65eV[33]。单层WSe2的PL信号在1.65eV；随层数增加，直接带隙的PL峰位置在双层薄膜中红移到1.57eV，之后几乎不随层数变化；间接带隙的PL峰位置随层数增加不断红移，7到11层的WSe2有两个PL峰，分别在1.39eV和1.59eV，前者来源于Γ点价带顶到Γ点和K点之间的间接带隙光学跃迁，后来来源于K点价带顶到K点导带底的直接带隙跃迁。由于过渡金属原子d轨道的自旋轨道耦合，WSe2的价带自旋劈裂为两个，它们之间的间距约为400meV[34]，而A、B激子的发光来源于K点处的两个价带分别跃迁到K点处的导带底，因此直接带隙A、B激子的PL峰位置差400meV左右。而导带的自旋轨道相互作用使K点的导带底劈裂为间距约30meV的两个能级，其中与价带顶点的电子自旋方向平行相同的可以发生光学跃迁，与(a)(b)(c)
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维原子晶体材料及其范德华异质结构研究进展[J]. 屠海令,赵鸿滨,魏峰,张青竹,杜军. 稀有金属. 2017(05)
[2]SiC衬底上石墨烯的性质、改性及应用研究[J]. 方楠,刘风,刘小瑞,廖瑞娴,缪灵,江建军. 化学学报. 2012(21)
[3]石墨烯及其复合材料的制备及性能研究进展[J]. 赵远,黄伟九. 重庆理工大学学报(自然科学). 2011(07)
[4]化学气相沉积技术的研究与应用进展[J]. 杨西,杨玉华. 甘肃水利水电技术. 2008(03)
[5]扫描电子显微镜及其在材料科学中的应用[J]. 朱琳. 吉林化工学院学报. 2007(02)
[6]分子束外延半导体纳米材料[J]. 孔梅影. 现代科学仪器. 1998(Z1)
博士论文
[1]铜基石墨烯化学气相沉积扩散机制研究[D]. 赵志娟.厦门大学 2017
本文编号：3101910
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