有机小分子修饰单层二硫化钼及其光电性能研究

发布时间：2017-10-07 02:28

  本文关键词：有机小分子修饰单层二硫化钼及其光电性能研究

  更多相关文章： 单层二硫化钼 光探测器 染料敏化 电荷转移

【摘要】：自2004年首次剥离获得单层石墨烯以来,二维半导体材料在近十多年的时间里得到了长足的发展。以二硫化钼为首的类石墨烯半导体材料从块体变为少层甚至单层时会表现出特殊的光谱学和光电性能。但是受到二硫化钼自身带隙和声子限制载流子迁移率的影响,亟待发展一些调控二硫化钼电学、光电性能的方法。本文重点研究二硫化钼的生长条件,并利用染料敏化修饰化学气相沉积法(CVD)生长得到的单层二硫化钼,增强其光电性能,同时还对增强的机理进行深入地研究。本文采用化学气相沉积的方法可控制备单层的三角形二硫化钼单晶。实验中对温度、时间、载气流速、反应源的用量、生长距离等条件进行对比研究,发现在温度为700 oC,生长时间为25 min,载气流速为15 sccm,三氧化钼粉末为40 mg,生长距离为4 cm时生长得到的单层二硫化钼单晶质量最好、尺寸最大。本文选择三种具有不同分子结构和吸收光谱的染料:甲基橙、罗丹明6G、亚甲基蓝,对生长得到的单层二硫化钼进行敏化修饰。修饰后发现,在波长为490 nm时,这些染料修饰的二硫化钼光探测器的光响应度分别达到了3.73 A/W,1.49 A/W,10.87 A/W;并且在一个较宽的波长范围内,其光响应度都是随着波长的增加而增加的,增加倍数分别约为8倍、11倍、20倍。在进一步偏压和功率对其性能影响的测试中发现,敏化后的二硫化钼光探测器表现出了良好的稳定性和线性的增强倍数关系。这些都说明染料在提高二硫化钼光探测器性能方面起到了非常重要的作用。进一步的实验研究发现,二硫化钼和染料之间的电荷转移机制是导致其光电性能增强的主要原因。为此,本文通过拉曼光谱表征了其电荷转移的现象,以及场效应光电管测试计算出了三种染料敏化前后的载流子浓度的增强倍数,进一步验证了之前的设想。最后本文通过对染料吸光系数的表征和平面结构的模拟说明了导致三种染料电荷转移程度不同的原因。亚甲基蓝具有优异的平面性,并且该染料分子中的S原子能够和二硫化钼中缺陷和边界处的Mo原子和S原子形成S-Mo、S-S的相互作用,有利于光生载流子从染料上的最低空轨道转移到二硫化钼的导带上,从而使亚甲基蓝具有最好的增强效果。本文的研究为有机染料-二硫化钼高性能光探测器的制备和性能调控提供了新的思路。
【关键词】：单层二硫化钼 光探测器 染料敏化 电荷转移
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ136.12
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-29
• 1.1 研究背景及课题的目的和意义9
• 1.2 国内外研究现状9-27
• 1.2.1 二硫化钼的结构、性质10-11
• 1.2.2 二硫化钼的制备方法11-16
• 1.2.3 二硫化钼器件的应用16-20
• 1.2.4 二硫化钼的修饰20-27
• 1.3 本论文主要研究内容27-29
• 第2章 实验材料与方法29-33
• 2.1 实验所用试剂及仪器29-30
• 2.1.1 实验试剂29
• 2.1.2 仪器设备29-30
• 2.2 实验方法30-33
• 2.2.1 拉曼光谱的表征30-31
• 2.2.2 光学显微镜的表征31
• 2.2.3 扫描电子显微镜的表征31
• 2.2.4 透射电子显微镜31-32
• 2.2.5 原子力分析32
• 2.2.6 吸光度测试32
• 2.2.7 光电性能测试32-33
• 第3章 单层二硫化钼的制备表征和电学性能测试33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 单层二硫化钼的制备33-39
• 3.2.1 温度对生长单层二硫化钼的影响34-35
• 3.2.2 时间对生长单层二硫化钼的影响35-36
• 3.2.3 流量对生长单层二硫化钼的影响36-37
• 3.2.4 三氧化钼粉到Si/SiO2衬底的距离对生长单层二硫化钼的影响37-39
• 3.2.5 三氧化钼粉用量对生长单层二硫化钼的影响39
• 3.3 单层二硫化钼的表征39-42
• 3.4 单层二硫化钼的电子输运性能42-43
• 3.4.1 单层二硫化钼场效应管的构筑42
• 3.4.2 单层二硫化钼场效应晶体管的性能测试42-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第4章 单层二硫化钼光探测器的敏化增强45-56
• 4.1 引言45
• 4.2 不同染料对单层二硫化钼光电性能的增强45-55
• 4.2.1 染料敏化单层二硫化钼光电器件的制备45-46
• 4.2.2 甲基橙对单层二硫化钼光电性能的增强46-50
• 4.2.3 罗丹明 6G对单层二硫化钼光探测器增强50-52
• 4.2.4 亚甲基蓝对单层二硫化钼光探测器的增强52-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第5章 染料敏化二硫化钼光探测器增强机理研究56-67
• 5.1 引言56
• 5.2 染料分子在单层二硫化钼表面的拉曼增强分析56-58
• 5.3 染料修饰单层二硫化钼的原子力分析58-59
• 5.4 染料分子对单层二硫化钼光电性能机制研究59-65
• 5.5 本章小结65-67
• 结论67-68
• 参考文献68-75
• 攻读学位期间发表的学术论文及申请专利75-77
• 致谢77

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7 潘凯;染料敏化TiO_2纳米晶多孔膜光电化学池的性质研究[D];吉林大学;2006年

8 张雪华;新型有机染料的设计、合成及其在染料敏化太阳电池和化学敏感器中的应用研究[D];中国科学院研究生院（理化技术研究所）;2007年

9 沈洁;染料敏化太阳电池硫化物电极材料和柔性技术研究[D];华东师范大学;2014年

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6 罗敏;染料敏化电池光子晶体电极的制备[D];华中科技大学;2013年

7 高培峰;染料敏化电池阳极制备及敏化工艺优化研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

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10 熊衍;二氧化钛纳米管的可控生长和电流微结构调制及其在染料敏化电池中的应用[D];上海交通大学;2013年

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