黑磷二维材料的制备及其光电特性表征

发布时间：2017-10-18 16:04

  本文关键词：黑磷二维材料的制备及其光电特性表征

  更多相关文章： 类石墨烯二维材料 黑磷 制备与表征 层数依赖 拉曼光谱 光致发光 透射电镜 各向异性

【摘要】：类石墨烯二维材料因其独特的微观结构和物理特性,在半导体电子学、能源材料以及催化等领域得到广泛而深入的研究。在半导体光电子领域,电子迁移率极高的石墨烯和开关特性优异的过渡金属硫化物分别在高频器件和低功耗器件中具备良好的应用前景,但寻找一种能兼具两者优点的材料体系仍然是二维材料研究中的热点。黑磷晶体是一种半导体性的范德华层状材料,其电子结构呈显著的层数依赖关系,且具备良好的电输运特性,因而能成为二维材料中继石墨烯和过渡金属硫化物之后重要补充；并且黑磷具备独特的各向异性光电特性,在各向异性纳米光电子器件中具备良好的应用前景。本文以探究新型二维层状材料黑磷的光电特性为目的,主要围绕不同层厚黑磷晶体的制备及其表征开展研究。主要研究工作如下：本文研究了不同层厚黑磷晶体的制备与光电特性。通过机械剥离的方法制备了不同层厚的薄层黑磷晶体,并探索了合适的等离子体辅助刻蚀条件,提高薄层黑磷晶体的制备效率。通过原子力显微镜的佐证,我们系统研究了拉曼特征峰位和峰强度随层数的变化关系；提取了不同层厚黑磷晶体的光学衬度谱,从而发展了快速无损的光学表征手段来判定薄层黑磷晶体的层数。研究常温下薄层黑磷晶体的光致发光特性,确定了单双层黑磷晶体分别位于1.65 eV和2.15 eV的荧光峰,佐证了黑磷晶体从红外和可见光区的宽带隙调控能力。我们研究了薄层黑磷晶体的各向异性光电特征。结合透射电镜和角分辨拉曼光谱,将角度依赖的特征拉曼光谱与黑磷晶体取向关联,从而可以通过辨识拉曼峰强随激光偏振方向与晶向的变化关系来判定黑磷的晶体取向。沿特定晶向上构筑场效应晶体管,研究比较不同晶向上黑磷的电输运特性,确定了zigzag晶向为黑磷电子输运能力最佳的方向。探索了薄层黑磷晶体透射电镜样品的洁净转移方法。通过对比碱溶液刻蚀转移法、PMMA无水转移法和PDMS干法直接转移方法,我们提出了干法转移结合可控的原位加热退火的方法,能较好的得到表面洁净的黑磷晶体区域,并较可控的原位逐层减薄黑磷二维材料,为黑磷的透射电子显微镜表征提供有效的方法途径。
【关键词】：类石墨烯二维材料 黑磷 制备与表征 层数依赖 拉曼光谱 光致发光 透射电镜 各向异性
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.62
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 类石墨烯二维层状材料10-13
• 1.2.1 石墨烯简介10-11
• 1.2.2 类石墨烯过渡金属硫化物11-13
• 1.3 新型二维材料黑磷13-20
• 1.3.1 引言13
• 1.3.2 黑磷的晶体结构13
• 1.3.3 黑磷晶体早期研究13-14
• 1.3.4 黑磷晶体的电子结构14-16
• 1.3.5 黑磷在光电子器件中的应用16-17
• 1.3.6 黑磷的各向异性及其在器件中的应用17-20
• 第二章 二维材料制备与表征技术20-32
• 2.1 二维材料的制备方法20-25
• 2.1.1 自上而下制备方法20-21
• 2.1.2 自下而上制备方法21-24
• 2.1.3 辅助制备方法24-25
• 2.2 二维材料的表征25-32
• 2.2.1 光学显微镜25-26
• 2.2.2 扫描电子显微镜26-27
• 2.2.3 原子力显微镜27
• 2.2.4 透射电子显微镜27-29
• 2.2.5 拉曼光谱29-32
• 第三章 薄层黑磷的制备及其光谱特性32-44
• 3.1 前言32
• 3.2 实验方法32-33
• 3.3 实验结果与讨论33-41
• 3.3.1 薄层黑磷的制备与层厚表征33-35
• 3.3.2 薄层黑磷的光致发光35-37
• 3.3.3 等离子体辅助刻蚀制备薄层黑磷37-41
• 3.4 本章小结41-44
• 第四章 黑磷晶体各向异性光电特性研究44-56
• 4.1 引言44
• 4.2 实验方法44-45
• 4.3 结果与讨论45-53
• 4.3.1 黑磷的晶体取向判定45
• 4.3.2 角度依赖拉曼光谱45-49
• 4.3.3 各向异性电输运研究49-53
• 4.4 本章小结53-56
• 第五章 薄层黑磷的洁净转移方法56-62
• 5.1 引言56
• 5.2 实验方法与结果56-61
• 5.2.1 碱溶液刻蚀转移法56-58
• 5.2.2 PMMA基底无水转移方法58-59
• 5.2.3 干法转移与原位退火方法59-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第六章 总结62-64
• 参考文献64-74
• 致谢74-76
• 个人简历及攻读硕士学位期间取得的科研成果76

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本文编号：1055841